CODE UIC 3e édition, Novembre 2003 Version originale
Ouvrages en terre et couches d’assise ferroviaires Erdbauwerke und Tragschichten für Eisenbahnstrecken Earthworks and track bed for railway lines
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Fiche à classer au chapitre : VII - Installations fixes
Application : A dater du 1er janvier 1994 199 4 Tous les Membres de l’Union Internationale des Chemins de fer
Historique des mises à jour : 2e édition, Janvier 1994 3e édition, Novembre 2003
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Sommaire Résumé .................................................................................................................................1 1-
Terminologie - Classement des sols et des plates-formes..................................... 2 1.1 - Définitions............................................................................................................. 2 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 -
Symboles, termes, définitions et unités géotechniques ..................................... Profil en travers type .......................................................................................... Géosynthétiques ................................................................................................ Maintenance des ouvrages en terre et des couches d’assise sur les lignes existantes .....................................................................................
2 6 7 8
1.2 - Classification des sols (identification géotechnique) ............................................ 9 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 -
Généralités......................................................................................................... 9 Sols minéraux .................................................................................................... 9 Sols organiques ............................................................................................... 12 Mélanges de sols minéraux et de sols organiques .......................................... 13
1.3 - Classification à la portance des plates-formes ................................................... 14 1.3.1 - Classes de qualité des sols ............................................................................. 14 1.3.2 - Classes de portance des plates-formes........................................................... 16
1.4 - Sensibilité au gel des sols .................................................................................. 17
2-
Réalisation des ouvrages en terre et des couches d'assise des lignes nouvelles.................................................................................................................... 19 2.1 - Reconnaissances géotechniques et hydrogéologiques...................................... 19 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 -
Généralités....................................................................................................... Etudes préliminaires ........................................................................................ Campagne principale ....................................................................................... Campagnes complémentaires ......................................................................... Suivi des campagnes successives .................................................................. Rapport géologique et géotechnique ...............................................................
19 19 19 19 20 20
2.2 - Réutilisation des sols.......................................................................................... 21 2.2.1 - Corps de remblai.............................................................................................. 21 2.2.2 - Couches de forme (en remblai et en déblai).................................................... 21
2.3 - Réalisation des terrassements ........................................................................... 22 2.3.1 - Généralités....................................................................................................... 22 2.3.2 - Etude de la stabilité des ouvrages en terre...................................................... 22
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2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 -
Exécution des remblais et des couches de forme ........................................... Ouvrages en terre sur sols très compressibles ou gonflants........................... Transition entre ouvrages en terre et ouvrages d’art ....................................... Références bibliographiques ...........................................................................
23 24 24 28
2.4 - Composition et dimensionnement à la portance des couches d'assise ............. 29 2.4.1 - Structures d’assise types ................................................................................. 29 2.4.2 - Dimensionnement à la portance des couches d'assise ................................... 29
2.5 - Protection contre le gel....................................................................................... 31 2.5.1 - Couches d’assise............................................................................................. 31 2.5.2 - Paramètres du dimensionnement de protection contre le gel.......................... 31 2.5.3 - Abaque de dimensionnement .......................................................................... 31
2.6 - Caractéristiques des matériaux constitutifs des couches d'assise ..................... 32 2.7 - Contrôle de compactage..................................................................................... 33 2.8 - Drainages longitudinaux des plates-formes........................................................ 34 2.8.1 - Eaux souterraines ............................................................................................ 34 2.8.2 - Eaux de surface............................................................................................... 34
2.9 - Techniques et procédés spéciaux ...................................................................... 37 2.9.1 2.9.2 2.9.3 2.9.4 -
3-
Stabilisation aux liants ..................................................................................... Sous-couches en calcaire consolidé au ciment ou en conglomérat asphalté.. Béton d’asphalte .............................................................................................. Sous-produits industriels et produits de recyclage ..........................................
37 37 39 39
Maintenance des ouvrages en terre et des couches d'assise sur les lignes existantes........................................................................................... 40 3.1 - Maintenance ....................................................................................................... 40 3.2 - Maintenance des ouvrages en terre ................................................................... 40 3.2.1 - Généralités, visites d'inspection et entretien courant....................................... 40 3.2.2 - Reconnaissances géotechniques et hydrogéologiques................................... 41 3.2.3 - Inventaire commenté des parades................................................................... 42
3.3 - Maintenance des couches d'assise.................................................................... 63 3.3.1 - Généralités....................................................................................................... 63 3.3.2 - Facteurs déterminants ..................................................................................... 63 3.3.3 - Méthodologie des études de maintenance des couches d'assise et de la plate-forme .......................................................................................... 66 3.3.4 - Les opérations localisées................................................................................. 67
3.4 - Contrôle de la végétation dans les plates-formes ferroviaires............................ 71
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Annexe A -
Exemple de méthodologie des études de maintenance des couches d’assise par la SNCF................................................................... 73
A.1 - Notion de "coefficient d'entretien d'assise" k ...................................................... 73 A.2 - Augmentation d’épaisseur des couches d’assise nécessaire en fonction de la valeur du "coefficient d’entretien d’assise" k.............................................. 74 A.3 - Méthodologie des études de maintenance des couches d’assise sur les lignes importantes (lignes à renouvellement systématique) ................... 75 A.4 - Définition de la classe de qualité des sols à partir de la classification de la norme NF P 11 300.................................................................................... 78
Annexe B -
Exemple de déroulement des opérations d’amélioration de la plate-forme par la DB et la DR.......................................................... 79
Annexe C -
Exemple de définition des couches d’assise par les MAV..................... 81
Annexe D -
Exemple d’assainissement de la plate-forme par les CFF/SBB ............. 87
D.1 - Profil type du corps de la voie............................................................................. 87 D.2 - Planification ........................................................................................................ 88 D.2.1 - Temps nécessaire............................................................................................ 88 D.2.2 - Recherche des données de base .................................................................... 88 D.2.3 - Déroulement de l’étude.................................................................................... 89
D.3 - Assainissement par drainage ............................................................................. 90 D.4 - Procédés d’assainissement des couches de fondation...................................... 91 D.4.1 D.4.2 D.4.3 D.4.4 D.4.5 D.4.6 D.4.7 -
Aperçu général................................................................................................. Sous-couche en grave CFF............................................................................. Sous-couche en grave CFF et géotextile non tissé ......................................... Couche drainante en grave perméable et géotextile ....................................... Couche drainante avec géomembrane............................................................ Matériaux légers avec grave............................................................................ Résolution des problèmes dus au gel..............................................................
91 91 92 92 92 92 93
Liste des abréviations .......................................................................................................94 Bibliographie ......................................................................................................................95
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Résumé Cette fiche traite des ouvrages en terre et des couches d’assise des voies ballastées. Les problèmes liés au comportement des plates-formes se posent sous deux aspects : -
celui des dispositions à appliquer en matière de structure d’assise et de grands terrassements de lignes nouvelles ;
-
celui de la maintenance des couches d’assise et de l’entretien des ouvrages en terre sur les lignes existantes qui, d’une part présentent des signes de vieillissement, d’autre part sont soumises à des conditions de trafic plus sévères (tant par les tonnages et les charges que par les vitesses).
La présente fiche se compose de trois chapitres : -
terminologie et classement des sols et des plates-formes ;
-
réalisation des ouvrages en terre et des couches d’assise des lignes nouvelles ;
-
maintenance des ouvrages en terre et des couches d’assise sur les lignes existantes.
Pour la réalisation des ouvrages en terre des voies sans ballast, on ne dispose pas, contrairement aux tunnels, d’une expérience suffisamment longue pour permettre d’en tirer des règles pouvant figurer dans cette fiche, même si cette technique a aujourd’hui quelques applications.
1
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1 - Terminologie - Classement des sols et des platesformes 1.1 - Définitions 1.1.1 -
Symboles, termes, définitions et unités géotechniques
1.1.1.1 -
Recommandations de l’ISSMFE
Ci-après sont indiqués les symboles géotechniques utilisés dans la présente fiche ; ces symboles correspondent aux recommandations de l’ISSMFE (voir Liste des abréviations - page 94). Nous indiquons d’autre part en commentaires les autres symboles et unités utilisés exceptionnellement par certains Réseaux.
Symbole
Terme
Définition
Unitéa
IC
Indice de consistance
Défini par (wL - w)/IP
1
IL
Indice de liquidité
Défini par (w -wP)/IP
1
IP
Indice de plasticité
Différence entre les limites de liquidité et de plasticité
-
Commentaires
Défini par (wL -wP) w
Teneur en eau
Rapport entre le poids de l’eau interstitielle et le poids des grains solides
wL
Limite de liquidité
Teneur en eau d’un sol remanié au point de transition entre les états liquide et plastique
wP
Limite de plasticité
Teneur en eau d’un sol remanié au point de transition entre les états plastique et solide avec retrait
γ
Poids volumique du sol
Quotient du poids total du sol par son volume
kN/m3
γd
Poids volumique du sol sec
Quotient du poids des particules solides par le volume total de sol
kN/m3
γs
Poids volumique des particules solides
Quotient du poids des particules solides par leur volume
kN/m3
γw
Poids volumique de l’eau
Quotient du poids de l’eau par son volume
kN/m3
2
-
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Symbole
Terme
Définition
Unitéa
Commentaires
ρ
Masse volumique du sol
Quotient de la masse totale du sol par son volume
kg/m3
(t/m3)
ρd
Masse volumique du sol sec
Quotient de la masse des particules solides par le volume total du sol
kg/m3
(t/m3)
ρs
Masse volumique des particules solides
Quotient de la masse des particules solides par leur volume
kg/m3
(t/m3)
ρw
Masse volumique de l’eau
Quotient de la masse de l’eau par son volume
kg/m3
(t/m3)
e
Indice des vides
Rapport entre le volume des vides et le volume des particules solides
1
n
Porosité
Rapport entre le volume des vides et le volume total du sol
1, %
Sr
Degré de saturation
Rapport entre le volume de l’eau interstitielle et le volume des vides
1, %
D, d
Diamètre de grain
Taille de grain déterminée dans l’analyse granulométrique par tamisage ou sédimentométrie
mm
Dn, dn
Diamètre à n %
Diamètre correspondant à un passant de n % sur la courbe granulométrique (n % des particules ont des dimensions inférieures à ce diamètre)
mm
CU
Coefficient d’uniformité
Défini par : D60/D10 ; d60/d10
1
Certains Réseaux utilisent le symbole U
CC
Coefficient de courbure
Défini par :
1
DIN 18196 SN 670120 BS 5930 Certains Réseaux utilisent le symbole C
( D 30 )
2
-
D 60 × D 10
k
Coefficient de perméabilité (ou conductivité hydraulique)
ou
( d 30 )
2
----
d 60 × d 10
Quotient de la vitesse d’écoulement par le gradient hydraulique correspondant (v/i)
3
m/s
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Symbole
Définition
Unitéa
Commentaires
Contrainte de cisaillement, lors de la rupture, dans le plan de rupture (en un point donné)
kN/m2
(kPa)
Terme
τf
Résistance au cisaillement
ks
Module de réaction Quotient de la variation de la contrainte verticale sur une plaque rigide par la variation de tassement de la plaque
kN/m3
a. Conventions adoptées pour les unités SI : m, s, kg, N, N/m 2 (Pa) 1 : pour les grandeurs sans dimensions exprimées par un nombre réel (ex : S r = 0,93) % : pour les mêmes grandeurs qui peuvent être exprimées également en % (ex : S r = 93 %) - : pour les grandeurs qui sont définies en % (ex : WL = 45)
1.1.1.2 -
Termes et définitions habituellement utilisés sur le plan international, mais non encore standardisés
Quelques termes sont notés ci-dessous avec le symbole et la définition les plus employés
Symbole
Terme
Définition
Commentaires
Fines
Fraction des éléments de sol tels que d < 0,06 mm
Certains Réseaux considèrent les éléments tels que d < 0,063 m ou tels que d < 0,08 m
Forme des grains
Définie par l’épaisseur, la grosseur et la longueur de chaque grain
BS 812 BS 5930 CNR B.U.n.95 NF P 18 561
Dureté de la pierre
Résistance aux chocs et à l’attrition
Peut être déterminée par essais : - Los Angeles - Deval - Microdeval Essai Los Angeles ASTM C 535-89 CNR B.U.n.34 NF P 18 573 Essai Deval NF P 18 577 Essai Microdeval ASTM CNR B.U.n.109 NF P 18 572 Autres essais de dureté - Prescriptions des BR sur le ballast - DIN 52 115
4
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Symbole
ρPr
Terme
Définition
Commentaires
Indice portant Californien CBR
Valeur empirique de la portance rapportée à la portance d’un sol de référence et exprimée en %
Densité PROCTOR
Détermination de la densité PROCTOR normal sèche d’un sol obtenue dans AASHTO T 99 des conditions bien définies ASTM D 698 (énergie de compactage stan- BS 1377 : 1975 dardisée, etc.) et pour diverDIN 18 127 ses teneurs en eau NF P 94 093 SN 670330
ASTM D 1883-67 BS 1377 : 1975 CNR-UNI n.10009/1964 NF P 94 078-1 NF P 94 078-2
PROCTOR modifié AASHTO T 180 ASTM D 1557 BS 1377 : 1975 DIN 18 127 NF P 94 093 SN 670330 DPr
Taux de compactage
EV2
Module de déformation obtenu lors du 2e chargement dans un essai à la plaque
Utilisé par certains Réseaux
ρdρPr
EV2
=
2 1, 5 r ∆σ ( MN ⁄ m ) ∆s -
DIN 18 134 NF P 94 117.1
avec : r : rayon de la plaque ∆σ : variation de la pression sous la plaque ∆s : variation de l’enfoncement de la plaque
Vb
Valeur de bleu des fines
Poids de bleu de méthylène absorbé par 100 g de fines
Vbs
Valeur de bleu d’un sol 0/D
Poids de bleu de méthylène absorbé par 100 g de sol 0/D = Vb x f
NF P 18 592
(f = pourcentage de fines contenues dans la fraction 0/50 du sol)
5
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1.1.2 -
Profil en travers type
1 3 2
4
6
5
1
Ballast
4
Couche de forme
2
Sous-couche
5
Plate-forme
3
Couches d’assise
6
Drainage longitudinal
Couches d’assise Les couches d’assise contribuent à assurer, par leur nature et leur épaisseur, le bon comportement de la voie ferrée des points de vue rigidité, tenue du nivellement et drainage. Elles comprennent la couche de ballast et la sous-couche. L’épaisseur et la nature des couches d’assise dépendent : -
des caractéristiques intrinsèques des sols de plate-forme (nature, portance, sensibilité à l’eau et au gel, etc.) ;
-
des caractéristiques globales de la plate-forme qui dépendent non seulement des caractéristiques des sols, mais aussi des conditions hydrogéologiques du site ;
-
des conditions climatiques du site ;
-
du trafic (tonnages, charges, vitesses) ;
-
de l’armement (profil des rails, nature et espacement des traverses, etc.).
L’épaisseur de la couche de ballast doit être prise en compte lorsque l’on dimensionne la sous-couche.
Ballast Le ballast est un élément considéré comme faisant partie de la superstructure. La couche "ballast" et le matériau "ballast" ne sont évoqués ici que dans la mesure où ils influent sur la qualité des ouvrages en terre et des couches d’assise.
Sous-couche La sous-couche est une couche d’adaptation interposée entre ballast et plate-forme. Elle a des rôles multiples : -
amélioration de la portance par action sur la raideur et meilleure répartition des charges transmises,
6
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-
contribution à l’amélioration des propriétés vibratoires,
-
anticontamination entre plate-forme et ballast,
-
protection contre l’érosion et le gel,
-
évacuation des eaux zénithales.
La sous-couche peut être mono ou multicouche (par exemple : couche "sous ballast", couche de fondation, couche anticontaminante).
Ouvrage en terre Ensemble des ouvrages constitués par les déblais, les remblais et les profils mixtes.
Plate-forme Partie supérieure de l'ouvrage en terre supportant la sous-couche. La plate-forme est constituée de sol rapporté dans le cas d'un remblai ou du sol en place dans le cas d'un déblai.
Couche de forme La partie supérieure de la plate-forme est aménagée en couche de forme généralement pentée transversalement. Les Réseaux considèrent différemment la fonction de la couche de forme (par exemple : stabili sation, substitution, amélioration, etc.).
Drainage longitudinal Les drainages longitudinaux recueillent et évacuent les eaux de ruissellement, d'infiltration ou souterraines. D'une manière générale, on peut distinguer : -
les dispositifs de drainage profonds (drains, collecteurs drainants, collecteurs),
-
les fossés.
1.1.3 -
Géosynthétiques
Produits fabriqués à partir de matières premières synthétiques pouvant être utilisés dan s les ouvrages en terre et les couches d'assise ferroviaires. On distingue :
Les géotextiles (voir ERRI D 117 RP 24) (voir Bibliographie - page 95) Géosynthétiques perméables à l'eau et à l'air (tissés ou non tissés) pouvant être utilisés comme : -
séparation et anticontaminant,
-
filtre,
-
drainage,
-
armature.
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Les géomembranes Géosynthétiques imperméables (feuilles à base de polymères, ou bitumineuses) pouvant être utilisés pour assurer l'étanchéité des sols sensibles à l'eau zénithale ou pour protéger les nappes phréatiques de toute pollution.
Les géogrilles Géosynthétiques sous forme de grilles et de filets pouvant être utilisés comme : -
séparation,
-
armature.
Les géocomposites Géosynthétiques fabriqués par assemblage d'au moins deux géosynthétiques.
1.1.4 -
Maintenance des ouvrages en terre et des couches d’assise sur les lignes existantes
Maintenance On désigne par maintenance l'ensemble des opérations d'entretien et de renouvellement. Les travaux de maintenance des ouvrages en terre et des couches d'assise ont pour objet : -
d'une part, d'assurer la circulation des trains dans des conditions de sécurité et de confort satisfaisantes,
-
d'autre part, d'éviter une fatigue trop rapide des éléments constitutifs.
Renouvellement Le renouvellement est une opération au cours de laquelle on remplace un ou des éléments d'un ouvrage.
Entretien On désigne par entretien les opérations destinées à maintenir un ouvrage dans des conditions compatibles avec les conditions de service.
Assainissement Un assainissement comporte deux types de travaux : -
l'établissement ou la remise en état d'un réseau de drainage des eaux,
-
la mise en oeuvre de sous-couches nouvelles adaptées aux caractéristiques locales actuelles.
Confortation des ouvrages en terre Les travaux de confortation ont pour but essentiel de consolider les terrassements :
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-
soit soit par modifi modifica catio tion n de de la géomét géométrie rie de l’ouv l’ouvra rage, ge,
-
soit soit par par amélior amélioratio ation n des des caractér caractéristi istiques ques des matériau matériauxx en en place place,,
-
soit soit par la cons constr truct uction ion d’aut d’autres res ouvr ouvrage ages, s,
-
soit par drainage.
Renforcement des couches d’assise On désigne par renforcement l’opération qui consiste à augmenter l’épaisseur des couches d’assise, compte tenu des conditions locales.
1.2 - Classi Classifica ficatio tion n des des sols sols (identi (identifica ficatio tion n géote géotechn chniqu ique) e) 1.2.1 -
Généralités
La classification des sols est, selon les pays, abordée de diverses manières. Les méthodes les plus courantes courantes sont décrites décrites ici, en distinguant distinguant : -
les so sols mi minér néraux aux (p (point int 1.2.2 1.2.2)) clas classifi sifiés és : • • • •
selon selon la granu granular larité ité (poi (point nt 1.2.2.1 1.2.2.1), ), selon selon la plast plastic icit ité é (poi (point nt 1.2 1.2.2.2 .2.2 - page page 11 11), ), selon selon la sens sensibi ibilit lité é de l’ea l’eau u (poin (pointt 1.2. 1.2.2.3 2.3 - page 12 12), ), selon selon la minér minéralo alogie gie (point (point 1.2. 1.2.2.4 2.4 - page 12 12)) ;
-
les les sols sols orga organi niqu ques es (poi (point nt 1.2 1.2.3 .3 - page 12 12), ),
-
les les méla mélange ngess de sols sols minéra minéraux ux et et de sol solss orga organiq niques ues (poin (pointt 1.2 1.2.4 .4 - page 13 13). ).
1.2.2 1.2.2 .2.2..1 -
Sols minéraux Class assificati ation selon lon gran ranular larité ité
Un sol peut être identifié par sa courbe granulométrique obtenue par essais de tamisage et de sédimentométrie. La figure 1 - pa page ge 10 10 représente représente un exemple d’une telle courbe granulométrique. L’ISSMFE préconise les classes granulaires indiquées au tableau 1 - pa page ge 10 10.. Quelques Réseaux ont, pour ces classes, des frontières quelque peu différentes.
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ARGILE
LIMON
SABLE
GRAVIER
fin moyen gros
fin moyen gros
fin moyen gros
0,0066 0,02 0,02 0,06 0,002 0,00 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0,2
0,6
2
6
20
60 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0,002 0,005 0,02 0,05
Exemple de dimensions des tamis (mailles carrées)
0,074 0,063
0,2 0,5 0,25
2
5
20
5,0 811,3 32
0,2 1,0 4,0 6,3 20 31,5
50 64
dimension d (mm)
63
Fig. 1 - Exemple de courbe granulométrique (échelle des abscisses logarithmiques)
Tableau 1 : Classes granulaires (d’après recommandations de l’ISSMFE - 1973)
Classe granulaire
Dimension des grains (en mm)
Argile
< 0,002
Silt ou limon
0,002 - 0,06 Fin
0,002 - 0,006
Moyen
0,006 - 0,02
Gros
0,02 - 0,06
Sable
0 ,0 6 - 2 Fi n
0,06 - 0,2
Moyen
0,2 - 0,6
Gros
0,6 - 2
Gravier
2 - 60 Fi n
2-6
Moyen
6 - 20
Gros
20 - 60
Pierre
60 - 200
Bloc
> 200
Dans cette classification selon la granularité, granula rité, un sol donné est désigné par le nom de la classe granulaire la plus importante, suivi, s’il y a lieu, d’adjectifs qualifiant les autres classes représentées. Ainsi, le sol de la figure 1 est un "sable graveleux faiblement limoneux".
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Au vu des courbes granulométriques, granulométriqu es, on peut calculer par ailleurs : -
le coef coeffi fici cien entt d’u d’uni nifo form rmit ité é CU défini au point 1.1. 1.1.1.1 1.1 - page 2,
-
le coef coeffi fici cien entt de cour courbu bure re CC défini au point 1.1.1.1 1.1.1.1..
Ainsi, pour le sol représenté sur su r la figure 1 - pag page e 10 10,, on on a :
CU
CC
=
d 60 d 10 --
=
( d 30 )
=
2
----
d 60 × d 10
=
1, 2 0, 06 -
=
20
2 ( 0, 3 ) 1, 2 × 0, 06 -
=
1, 25
En effet, la notion de coefficient d’uniformité est très importante pour ce qui concerne la qualité des sols grenus, grenus, spécialement spécialement sous les aspects suivants suivants : -
apti ptitud tude au au compac mpacttage, ge,
-
portan portance ce lorsqu’ lorsqu’ilil s’agit s’agit de couc couches hes située situéess à faible faible profond profondeur eur sous sous les trav travers erses. es.
Ainsi, on considère qu’un sol grenu est bien gradué lorsque :
CU > 6 A noter que, pour po ur ce qui concerne les sous-couches, certains certain s Réseaux exigent des valeurs va leurs plus élevées. De plus, mais cet avis n'est pas partagé par pa r tous les Réseaux, le coefficient de courbure co urbure CC présente une certaine importance. importance. Ainsi, Ainsi, on considère qu'un sol est bien gradué, lorsqu'on lorsqu'on a également :
1 < CC < 3 tant pour les graviers sableux (graves) que pour les sables.
1.2.2 .2.2..2 -
Classi assifficat cation selon lon la plasti sticité
Pour la classification plus précise des sols fins cohérents, on utilise généralement les limites d'Atterberg d'Atterberg (l'essai (l'essai est effectué sur la fraction fraction 0/0,4 mm du matériau) matériau) : -
limite de liquidité wL
-
limite de de pl plasticité wP
11
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qui contribuent à la classification des sols à l'aide d'un diagramme dérivé du diagramme de plasticité de Casagrande (figure 2 - page 13). Une teneur en matières organiques influe, même lorsqu'elle est très faible en poids sec, sur la classification des sols fins selon le diagramme de plasticité.
1.2.2.3 -
Classification selon la sensibilité à l'eau
La sensibilité à l'eau de l'argile peut être caractérisée par l'essai au bleu de mé thylène (valeur de bleu Vb). De la même façon, on peut caractériser la sensibilité à l'eau d'un sol en fonction de la proportion d'argile contenue dans ce sol (valeur de bleu du sol Vbs). Ainsi, lorsque Vbs < 0,1, le sol est réputé insensible à l'eau ; si Vbs > 0,2 le sol est sensible à l'eau.
1.2.2.4 -
Classification selon la minéralogie
Souvent les classifications ci-dessus (selon la granularité et selon la plasticité) sont complétées en se référant à la composition minérale. Exemples : -
sable de quartz,
-
sable d'olivine,
-
sol fin marneux, selon la proportion de CaCO3.
1.2.3 -
Sols organiques
Les sols organiques (voir tableau 2 - page 13) proviennent en grande partie de la décomposition de détritus d'origine végétale ou animale. On peut distinguer les principaux groupes suivants : terre végétale, tourbe, vase (ainsi que gyttja, dy et sapropel). Les sols organiques peuvent normalement, comme les sols minéraux, faire l'objet d'essais tels que teneur en eau, limite de liquidité, indice de plasticité, résistance et compressibilité. La terre végétale est constituée principalement par l'humus naturel ou artificiel, plus ou moins mélangé avec des sols minéraux. La tourbe est un sol formé in situ constitué des restes plus ou moins décomposés de la végétation. La classification des tourbes s'opère selon le degré de décomposition, mais n'est pas décrite ici, car peu intéressante pour les applications ferroviaires.
12
719 R
Peu plastique ) % (
Moyennement plastique
Très plastique e l i g r A
60
P
w L
50
w =
P I
é t i c i t s a l p e d e c i d n I
40 30 20 IP = 0,73 (wL - 20)
10 0 0
10
20
30
40
t s n e a u n q e i t n n o a c g r s o l s o t s n t e e m s é n l o é m s i e L d
70 80 60 50 Limite de liquidité wL (%)
Fig. 2 - Classification des sols fins cohérents à l’aide d’un diagramme dérivé du diagramme de plasticité de Casagrande
Les vases sont des sols organiques déposés sous l’eau par sédimentatio n et provenant de la décomposition de végétaux, d’animaux et de micro-organismes. Elles sont souvent mélangées à du sable, de l’argile ou du calcaire
1.2.4 -
Mélanges de sols minéraux et de sols organiques
Les mélanges de sols minéraux et de sols organiques peuvent être classifiés selon le tableau 2 : Tableau 2 : Classification des mélanges de sols minéraux et de sols organiques
Pourcentage en poids sec de contenu organique
Désignation du sol Sols minéraux
≤ 1 %
Sols contenant des éléments organiques
> 1 % et ≤ 5 %
Sols mixtes "minéraux organiques"
> 5 % et < 30 %
Sols organiques
≥ 30 %
Nota : certains Réseaux utilisent des valeurs limites différentes. Les sols contenant des éléments organiques peuvent se classifier également sous l’aspect de la plasticité selon le diagramme de la figure 2.
13
719 R
1.3 - Classification à la portance des plates-formes Pour classer les plates-formes, il convient : -
tout d’abord d’apprécier la classe de qualité de chaque sol composant la plate-forme (voir point 1.3.1),
-
puis d’apprécier la classe de portance de la plate-forme complète : couche de forme + sol sous jacent (voir point 1.3.2 - page 16).
1.3.1 -
Classes de qualité des sols
La qualité d'un sol dépend des deux paramètres ci-après : 1. la nature géotechnique du sol ; à cet égard, on utilise l'identification géotechnique évoquée au point 1.2 - page 9 ; 2. les conditions hydrogéologiques et hydrologiques locales ; ces conditions, pour ce qui concerne l'influence sur la portance des sols, sont réputées bonnes si : • la couche supérieure du sol considéré est hors de toute nappe naturelle (niveau de cette dernière mesuré avant toute opération de rabattement complémentaire et en période climatique défavorable), • la plate-forme n'est pas le siège de percolations naturelles nocives transversales, longitudinales ou verticales, • les eaux de pluie sont évacuées correctement de la plate-forme et les dispositifs longitudinaux ou transversaux de drainage sont en bon état de fonctionnement. Si l'une au moins de ces trois conditions n'est pas remplie, les conditions hydrogéologiques et hydrologiques sont réputées mauvaises. On distingue, selon que les conditions ci-dessus sont bonnes ou mauvaises et selon les modalités du tableau 3 - page 15, les quatre classes de qualité QSi de sols ci-après : QS0
:
Sols "impropres" à la réalisation d'une plate-forme correcte et nécessitant certaines mesures confortatives (substitution du matériau sur une certaine épaisseur, traitement aux liants, utilisation de géotextiles, renforcement par pieux, etc.). Pour cette raison, ces sols ne sont pas mentionnés ici lors du dimensionnement des couches d'assise et des couches de forme.
QS1
:
Sols "médiocres" acceptables tels quels, dont on doit toujours se préoccuper du bon drainage. Ces sols peuvent, éventuellement, être transformés en sols de meilleure qualité par un traitement approprié (traitement aux liants, par exemple).
QS2
:
Sols "moyens".
QS3
:
"Bons" sols.
Au point A.4 - page 78 figure un tableau donnant une corrélation entre la classification ci-dessus et la classification des sols couramment utilisée en France pour les terrassements.
14
719 R
Tableau 3 : Classes de qualité des sols
Classification des sols (identification géotechnique) 0.1
Sols organiques
0.2
Sols fins (comportant plus de 15 % de finesa) foisonnés, humides et donc non compactables
0.3
Sols thixotropesb (quick-clay par exemple)
0.4
Sols comportant des matériaux solubles (sel gemme ou gypse)
0.5
Sols comportant des matériaux polluants (déchets industriels, par exemple)
0.6
Sols mixtes "minéraux organiques"b
1.1
Sols comportant plus de 40 % de finesa (sauf sols 0.2)
1.2
Roches très évolutives Par exemple :
Classe de qualité des sols
QS0
QS1
- Craies de ρd < 1,7 t/m3 et de friabilité forte - Marnes - Schistes altérés 1.3
Sols comportant de 15 à 40 % de finesa (sauf sols 0.2)
1.4
Roches évolutives Par exemple : - Craies de ρd < 1,7 t/m3 et de friabilité faible - Schistes altérés
1.5
QS1c
Roches tendres Par exemple : Si microdeval en présence d’eau (MDE) > 40 et Los Angeles (LA) > 40
2.1
Sols comportant de 5 à 15 % de finesa
2.2
Sols comportant moins de 5 % de finesa mais uniformes (CU ≤ 6)
2.3
Roches moyennement dures
QS2d
Par exemple : Si 25 < MDE ≤ 40 et 30 < LA ≤ 40
15
719 R
Tableau 3 : Classes de qualité des sols
Classification des sols (identification géotechnique) 3.1
Sols comportant moins de 5 % de finesa
3.2
Roches dures
Classe de qualité des sols
QS3
Par exemple : Si MDE ≤ 25 et LA ≤ 30
a. Les analyses granulométriques permettant d’évaluer ces pourcentages sont effectuées sur les passants à 60 mm. Les pourcentages indiqués ici sont des ordres de grandeur (les règles en usage diffèrent quelque peu suivant les Réseaux) ; ils peuvent être majorés d’une quantité pouvant atteindre 5 % sous réserve que les analyses portent sur un nombre d’échantillons suffisamment représentatif. b. Certains Réseaux placent ces sols dans certains cas en classe de qualité QS1. c. Ces sols peuvent être de qualité QS2 si l’on sait avec certitude que les conditions hydrogéologiques et hydrologiques sont bonnes. d. Ces sols peuvent être de qualité QS3 si l’on sait avec certitude que les conditions hydrogéologiques et hydrologiques sont bonnes.
1.3.2 -
Classes de portance des plates-formes
La portance d’une plate-forme dépend : 1. de la qualité du sol constituant le corps de remblai ou du sol en place en fond de déblai ; 2. de la qualité et de l’épaisseur de la couche de forme (lorsque cette dernière existe). On peut distinguer, en fonction des paramètres ci-dessus, les trois classes de portance de plates-formes suivantes : -
P1 : plate-forme médiocre,
-
P2 : plate-forme moyenne,
-
P3 : plate-forme bonne.
Les divers Réseaux disposent de méthodes différentes pour effectuer ce classement. Une des méthodes est donnée au tableau 4. Tableau 4 : Détermination de la classe de portance de la plate-forme
Couche de forme à mettre en oeuvre pour obtenir cette classe de porteuse
Classe de qualité du sol
Classe de portance envisagée pour la plate-forme
Qualité
Epaisseur minimale : "ef " (en mètres) (voir fig. 9 - page 30)
QS1
P1 P2 P2 P3
QS1 QS2 QS3 QS3
0,50 0,35 0,50
QS2
P2 P3
QS2 QS3
0,35
QS3
P3
QS3
-
16
719 R
1.4 - Sensibilité au gel des sols On peut diviser les sols en trois classes, selon leur degré de sensibilité au gel : -
sols insensibles au gel,
-
sols sensibles au gel,
-
sols très sensibles au gel.
Un sol insensible au gel est un sol pour lequel le gel et le dégel n’occasionnent pas de déformations inacceptables du nivellement de la voie. Un sol sensible ou très sensible au gel est un sol pour lequel la formation de lentilles de glace, observée sous certaines conditions de teneur en eau et de température, est la cause de désordres inacceptables des nivellements longitudinal et transversal de la voie. Pour les classes granulaires élémentaires, la sensibilité au gel s’apprécie au moyen du tableau 5. Tableau 5 : Sensibilité au gel des diverses classes granulaires de sols
Classe de sensibilité au gel
Classe granulaire de sols
Insensible au gel
Gravier Sable
Sensible au gel
Argile
Très sensible au gel
Limon
Pour les sols rencontrés en pratique, il y a lieu de prendre en compte l’ensemble des classes granulaires représentées. Un sol composé principalement de classes granulaires insensibles devient cependant sensible au gel lorsque le pourcentage d’argile ou de limon qu’il contient est supérieur à une certaine valeur critique. Cette notion de pourcentage critique d’éléments fins est un critère essentiel de la sensibilité au gel. Le critère de Casagrande est le plus connu ; il précise le pourcentage critique des éléments de diamètre d < 0,02 mm (tableau 6) lorsque le sol considéré a un coefficient d’uniformité CU de 5 ou de 15 (lorsque la valeur de ce coefficient est différente, on peut obtenir le pourcentage critique par interpolation). Tableau 6 : Pourcentage critique d’éléments fins (d < 0,02 mm) d’un sol en regard de sa sensibilité au gel
Coefficient d’uniformité CU du sol considéré
Pourcentage critique (en poids) d’éléments de diamètre d < 0,02 mm
5
10
15
3
La sensibilité au gel d’une voie dépend également, dans une certaine mesure, des conditions géologiques, de la nature des éléments du sol (minéralogique - chimique - forme des particules fines) le constituant et des tolérances géométriques admises pour le nivellement de la voie considérée. C’est
17
719 R
pourquoi d’autres critères de sensibilité au gel ont été adoptés par les divers Réseaux ferroviaires. On peut citer, entre autres, les critères de : -
Beskow (voir Bibliographie - page 95),
-
Schaible (voir Bibliographie - page 95).
Il faut cependant se garder d’utiliser tels quels, sans les adaptations éventuelles nécessaires, les critères mis au point dans le domaine routier. Le degré de gélivité d’un sol peut aussi être estimé à l’aide de l’abaque de la figure 3. Les courbes granulométriques à considérer sont déterminées sur la fraction 0/2 mm du matériau . Les critères de sensibilité au gel des sols ne traitent pas du cas des sols organiques.
LIMON
ARGILE
SABLE
fin moyen gros 0,002
0,006
0,02
0,06
fin moyen gros 0,2
0,6
2
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
s e l b i s s e l n b e i s s s s e n e l s l e b è b i i r s t s s s n l n s l e o e o s s s s n i s l s o l s o s
0,002
0,005
0,02
0,05
0,2
0,5
2
Diamètre d (mm)
Fig. 3 - Sensibilité au gel des sols (évaluation à partir de la granularité de la fraction 0/2 mm)
18
719 R
2 - Réalisation des ouvrages en terre et des couches d'assise des lignes nouvelles 2.1 - Reconnaissances géotechniques et hydrogéologiques 2.1.1 -
Généralités
Le projet d'une ligne nouvelle ne peut aboutir de façon économique et avec des garanties techniques suffisantes sans une bonne connaissance des sols et roches rencontrés et de l'hydrogéologie des sites. La reconnaissance géotechnique comprend, autant que nécessaire, des investigations sur le terrain et en laboratoire. Il faut également s'assurer de la compatibilité des exigences techniques et de celles résultant des contraintes d'environnement (exploitations minières, passage de canalisations, etc.).
2.1.2 -
Etudes préliminaires
Les études sur documents existants (cartes topographiques, cartes géologiques, cartographie des nappes et des réseaux hydrographiques, documents photographiques, prospections déjà effectuées dans le voisinage, etc.) constituent la première étape de la reconnaissance géotechnique. Elles sont complétées par des observations sur le terrain. Les études préliminaires permettent d'avoir une idée générale sur les problèmes géotechniques susceptibles de se poser et de définir à bon escient les campagnes d'investigations. La visite du site et la photo-interprétation (étude stéréoscopique de photos aériennes, etc.) permettent, s'il y a lieu, une analyse et une compréhension plus approfondies de la géologie.
2.1.3 -
Campagne principale
L'étape suivante des reconnaissances géotechniques constitue la campagne principale destinée à déterminer les caractéristiques : -
géophysiques (sismique-résistivité-magnétique-gravimétrique) ;
-
physiques (sondages, puits de reconnaissance, etc.) ;
-
mécaniques (pressiomètre, pénétromètre, essais de laboratoire, etc. ) ;
-
hydrologiques (piézomètres, capteurs de pression interstitielle).
2.1.4 -
Campagnes complémentaires
A l'issue de la campagne principale, et compte tenu de ses résultats, il est nécessaire de compléter localement l'information en vue de la définition détaillée des ouvrages en terre posant quelque problème (remblais et déblais importants, zones à terrains médiocres et mauvais, zone à hydrogéologie délicate, etc.) et de la définition des fondations d'ouvrages d'art. Cela consiste en : -
sondages complémentaires,
19
719 R
-
prélèvement des échantillons remaniés et intacts pour essais en laboratoire,
-
essais in situ,
-
complément des études hydrogéologiques pendant au moins un cycle climatique annuel.
S'il y a lieu, les versants naturels sont équipés de dispositifs propres à détecter les mouvements tant en surface qu'en profondeur.
2.1.5 -
Suivi des campagnes successives
Les reconnaissances sont susceptibles de modifications en cours même de déroulement, en fonction des natures et configurations des terrains et nappes réellement observées. Pour cette raison, le suivi des opérations par un géotechnicien est indispensable.
2.1.6 -
Rapport géologique et géotechnique
Les résultats du programme d'investigations in situ et des essais de laboratoire font l'objet d'un rapport géologique et géotechnique. Ce rapport contient une description du site, des terrains rencontrés, un plan de sondages, les coupes géologiques, etc. Pour tous les ouvrages, il y a lieu de donner une interprétation des résultats. Tous les calculs nécessaires (stabilité, tassement, rabattement) figurent dans ce rapport qui doit aboutir à des recommandations précises quant à la définition des ouvrages en terre, des couches d'assise de la voie et des fondations d'ouvrages d'art et quant à l'opportunité du recours éventuel à des techniques spéciales (terre armée, vibroflottation, compactage dynamique intensif, etc.). Le profil en long géotechnique peut être utilement complété par divers renseignements portés en regard de chaque déblai et de chaque remblai : -
hauteur de l'ouvrage en terre,
-
identification géotechnique de chaque couche,
-
mode de terrassement prévu,
-
possibilités de réutilisation des sols (en remblai, en couche de forme, etc.),
-
hydrogéologie : • niveaux piézométriques maximaux et minimaux, • drainages à prévoir (en cours de travaux, en phase définitive),
-
talus : • pentes à prévoir (y compris bermes éventuelles), • dispositifs de stabilisation nécessaires (captages, masques drainants, éperons, etc.),
-
dispositions à prévoir pour la consolidation des terrains sous-jacents aux remblais,
20
719 R
-
constitution des remblais (remblais constitués en totalité de matériaux homogènes, remblais comportant une couche drainante au contact des sols humides sous-jacents, remblais avec protection éventuelle, couche sandwich, etc.),
-
couches de forme à rapporter éventuellement tant en remblai qu'en déblai,
-
classes de qualité présumées des sols, classes de portance des plates-formes et définition des couches d'assise à prévoir.
2.2 - Réutilisation des sols 2.2.1 -
Corps de remblai
En général, on distingue, eu égard à leur aptitude à la réutilisation (voir tableau 3 - page 15) : -
les sols non réutilisables : sols 0.1 à 0.6, 1.1 (lorsque ces sols sont très plastiques ou moyennement plastiques) et 1.2,
-
les sols réutilisables sous certaines conditions (teneur en eau, conditions climatiques, hauteur limitée de remblai, enveloppe de matériaux médiocres par une protection de meilleure qualité, couche sandwich) : sols 1.1 (lorsque ces sols sont peu plastiques), 1.3 à 1.5, 2.1 et 2.2,
-
les sols toujours réutilisables : sols 2.3, 3.1 et 3.2.
La dimension des plus gros blocs ou pierres ne doit pas dépasser un chiffre compatible avec une épaisseur de couche rendant possible un compactage correct. On ne dépasse pas en général une dimension de blocs de 600 mm ; de plus, il est recommandé que la dimension des blocs ou pierres ne dépasse pas la moitié de l'épaisseur des couches. Cette dimension maximale descend à 100 mm pour les remblaiements effectués près des maçonneries d'ouvrages d'art ; en effet, il convient alors de mettre en oeuvre par couches minces et d'utiliser un petit compacteur de façon à ne pas détériorer lesdites maçonneries ; le matériau de remblaiement près des maçonneries de ponts rails doit en outre être un matériau insensible au tassement (classe de qualité QS3). La couche inférieure des remblais posés sur sol humide doit être choisie de classe de qualité QS3 (matériau drainant). A noter que les qualités drainantes peuvent être améliorées par utilisation de géotextiles.
2.2.2 -
Couches de forme (en remblai et en déblai)
Le classement des matériaux selon leur possibilité de réutilisation en corps de remblai, indiqué au point 2.2.1, est applicable pour la réutilisation des matériaux en couche de forme. Cependant, la dimension des éléments les plus gros qui ne doit pas, en tout état de cause, dépasser la moitié de l'épaisseur de la couche, ne peut excéder 200 mm environ (ou 100 mm lorsqu'on se trouve à proximité de maçonneries d'ouvrage d'art).
21
719 R
2.3 - Réalisation des terrassements 2.3.1 -
Généralités
Les prescriptions en usage dans les divers Réseaux ferroviaires concernant les terrassements proprement dits (étude et exécution des ouvrages en terre) font largement appel aux techniques mises au point dans le domaine autoroutier. Une bibliographie tant routière que ferroviaire est donnée au point 2.3.6 - page 28, aussi seules quelques indications générales sont données ici. L'étude et le contrôle d'exécution des ouvrages en terre ferroviaires doivent être conduits de façon particulièrement stricte. En effet, le bon fonctionnement dynamique du système "véhicule/voie ballastée/ouvrage en terre", et notamment le maintien à un niveau accepta ble des efforts engendrés au contact "rail/roue", supposent, dès la mise en service, une stabilisation quasi parfai te de l'ouvrage en terre proprement dit. Tous les ouvrages en terre, y compris les ouvrages paysagers et les ouvrages de protection acoustique, doivent également faire l'objet d'une vérification géotechnique. Pour répondre aux conditions d'environnement les ouvrages en terre doivent respecter les recommandations suivantes : -
les matériaux utilisés, et plus particulièrement ceux placés à la surface de l'ouvrage doivent être choisis pour conserver la végétation locale ;
-
toute répercussion sur l'hydrogéologie doit être étudiée ;
-
les sites archéologiques doivent, autant que possible, être protégés.
2.3.2 2.3.2.1 -
Etude de la stabilité des ouvrages en terre Méthodes de calculs
Stabilité : la sécurité au glissement, tant à court qu'à long terme, do it être vérifiée par le calcul à partir des caractéristiques mécaniques et hydrogéologiques. Tassement : les études de tassement des remblais doivent non seulement permettre de définir la vitesse de montée des remblais, mais aussi de vérifier que les tassements à attendre après mise en service sont facilement maîtrisables par les reprises habituelles de nivellement sur la ligne considérée ; sinon, il y a lieu d'envisager l'une des dispositions visées au point 2.3.2.3 - page 23. 2.3.2.2 -
Pentes de talus
Remblais : pour les sols utilisables selon le point 2.2.1 - page 21, on adopte généralement une pente dont la tangente est 1 : 1,5 ou 1 : 2 (certains Réseaux, dans le cas de matériaux rocheux très frottants, adoptent 1 : 1 ou 1 : 1,25). De plus, des bermes et banquettes de pied, etc. peuvent être nécessaires. Déblais : les pentages varient selon la nature des terrains ; par exemple : -
roche compacte non évolutive, exempte de pentage et diaclasage défavorables : pente subverticale mais avec piège à cailloux et bermes de largeur égale au 1/3 environ de la hauteur de chaque gradin ainsi constitué ;
-
sols grenus : tangente 1 : 1,5 ; 22
719 R
-
sols cohérents : tangente de 1 : 1,5 à 1 : 2 suivant hauteur du talus et même plus plat, avec bermes s'il y a lieu.
2.3.2.3 -
Protections et dispositifs stabilisants dans le cas de sols sensibles et dans le cas d'hydrogéologie défavorable
En remblai : -
Purge du sol support compressible (cette méthode, qui est la plus sûre, est à préférer lorsque la profondeur à purger n'est pas excessive).
-
Préchargement de consolidation du sol support ou surcharge provisoire du remblai.
-
Mise en place de drains verticaux ou de pieux dans le sol support.
Les corps de remblai en sols sensibles à l'eau, au gel sont à protéger par un manteau en sol de meilleure qualité. Les remblaiements en zone inondable doivent être protégés par des enrochements latéraux ou des perrés avec, s'il y a lieu, interposition d’un dispositif anticontaminant entre corps de remblai et enrochement.
En déblai : Les terrains sensibles (eau, gel) sont protégés par des masques en matériaux frottants. L'eau est éliminée par des dispositifs appropriés (drains, contreforts, tranchées et masques drainants, etc.). D'autres dispositifs peuvent également être utilisés (revêtement de talus, clouage, soutènement avec ou sans ancrages, etc.). A noter que, dans les pays nordiques, il est nécessaire de protéger les pentes de terrain cohérent par un masque de protection contre le gel ; on se contente alors de pentes de tangente 1 : 1,5.
2.3.3 -
Exécution des remblais et des couches de forme
La technique de compactage est déterminante pour ce qui concerne la qualité des ouvrages en terre. Elle est définie : -
soit à l’aide de planches d’essais,
-
soit en utilisant les recommandations mises au point à cet effet ; par exemple, le document référencé [3] au point 2.3.6 - page 28 indique (pour chaque nature de sol, chaque type de compacteur et chaque état d’humidité) l’épaisseur des couches élémentaires à prévoir et l’énergie de compactage nécessaire ; des dispositions particulières peuvent également être recommandées (arrosage, essorage, etc.).
Les taux de compactage et les modules de déformation minimaux prescrit pour chaque couche sont en général les suivants :
23
719 R
Remblai : ρd
≥
95 % de la densité sèche correspondant à l’Optimum Proctor Normal
EV2
≥
45 MN/m2 pour les sols fins 60 MN/m2 pour les sols sableux et graveleux
Couche de forme : ρd
≥
100 % de la densité sèche correspondant à l’Optimum Proctor Normal
EV2
≥
80 MN/m2
2.3.4 2.3.4.1 -
Ouvrages en terre sur sols très compressibles ou gonflants Sols très compressibles
Les sols très compressibles sont la tourbe, les vases et les argiles m olles. Selon l’épaisseur de la couche compressible, on utilise des pieux (en sable, à la chaux, en bois, en béton, en acier) ou la substitution partielle ou complète de la couche compressible par des sols non cohérents. On a également appliqué avec succès des procédés spéciaux : -
compactage dynamique,
-
remblai de surcharge pour accélérer la consolidation,
-
remblai en matériaux légers,
-
couche assurant la répartition des efforts.
Dans le cas où des lignes ferroviaires sont construites ou remises en état sur des sols tourbeux, il faut veiller à assurer l'égalisation entre les poids du remblai et du matériau substitué ; normalement, on utilise une couche de matériaux légers (argile expansée, granulats légers, etc.) confinés par un géotextile, protégée du ballast par une couche en grave (voir, par exemple, point D.4.6 - page 92).
2.3.4.2 -
Sols gonflants
On ne possède pas d'expérience valable concernant les sols gonflants. Une proposition pourrait consister à estimer le soulèvement et mettre en place une surépaisseur de couche d'assise, qui serait réduite selon besoin par excavation en fonction du gonflement.
2.3.5 -
Transition entre ouvrages en terre et ouvrages d’art
Des dispositions appropriées sont prises pour assurer les transitions entre ouvrages en terre et ou vrages d'art, tels que ponts-rails, afin de réduire les tassements différentiels et assurer la variation progressive du module de réaction. Des matériaux de remplissage convenablement choisis doivent être mis en oeuvre et compactés avec un soin particulier. Un dispositif de drainage est à prévoir sur la paroi arrière de l’ouvrage d’art.
24
719 R
Les figures 4 à 8 - page 28 des Réseaux DB, FS, MAV, CFF/SBB et SNCF montrent plusieurs exemples de transitions qui ont fait leurs preuves entre ouvrages en terre et ponts-rails.
≥ 10 m
1
4 ≥ 0,20 m
3
≥ 2,50 m
5
2 ≤ 1 : 2
7
6 8 Dimension maximale correspondant à un remblai en matériaux cohérents
1 Plan de roulement
5
2 Gravier avec CU ≥ 5
6 Remblai ou sol naturel (déblai)
3
7 Dispositifs de drainage
4
Taux de compactage Dpr ≥ 1,03 Module de déformation EV2 ≥ 120 MN/m2 Sous-couche
8
Remplissage en béton
Fig. 4 - Exemple de la DB
1
20 m 10 m
2 5
4
4
3
5
1 Plan de roulement
4
2 12 cm de béton d’asphalte
5 25 cm de grave
20 cm de "misto cementato" (voir point 2.9.2.1)
3 30-40 cm de grave Fig. 5 - Exemple des FS
25
719 R
2
1
4
5
6
3 8
H
7 9
11
1:2 2%
4%
10
13 12
0,8 m ≥ 3,0 m
≥ 2H
Couche de protection
1 Plan de roulement
8
2 20 cm de couches "sous ballast"
9 Dispositif drainant
3 50 cm de couche de fondation
10 Remblai ou sol en place (déblai)
4 EV2 ≥ 120 MN/m2
11 Barbacane
5 EV2 ≥ 80 MN/m2
12 Hauteur de fondation
6 EV2 ≥ 45 MN/m2
13 Remplissage en béton
7 Remblaiement par couches de
15 à 30 cm (matériau à CU ≥ 5)
Fig. 6 - Exemple des MAV
26
719 R
a) Schéma type
1
2,0 m
2
3
5
4
1
Plan de roulement
4
2
Géotextile
Grave propre Taux de compactage Dpr ≥ 1,0
5
Béton poreux de galets 30/50
3
Grave-ciment Taux de compactage Dpr ≥ 1,0
b) Variante pour lignes existantes 1
3 2
4 1
Plan de roulement
3
Enveloppe en géotextile non tissé
2
Remblai en galets 30/50
4
Gravier 8/16
Fig. 7 - Exemple des CFF/SBB
27
719 R
1
1,0 m
5
2:3
1:1
≥ 3,0 m
4
3
2
H ou ≥ 5,0 m
8 H
7
6 9 6
1 Plan de roulement
Grave-ciment ou grave bien gradué selon l’importance de la ligne
2 Zone de transition en grave ciment 3 Sous-couche
7 Grave compactée à 95 % OPM
4 Couche de forme
8
5 Paroi drainante
9 Matériau imperméable compacté
Remblai
Fig. 8 - Exemple de la SNCF (Bloc technique derrière pont-rail lorsque l’ouvrage est réalisé avant le remblai d’accès)
2.3.6 -
Références bibliographiques
(1)
DB
-
DS 836 : Vorschrift für Erdbauwerke DIN 4084 Gelände - und Böschungsbruchberechnungen DIN 18127 Proctorversuch ZTVE - StB 76/78 : Zusätzliche Technische Vorschriften für Erdarbeiten im Strassenbau
(2)
SNCF
-
Cahier des Prescriptions Communes : Livret 5-12, fascicule II, Grands Terrassements Notice technique relative aux ouvrages en terre d’une ligne nouvelle à très grande vitesse
(3)
SETRA-LCPC
-
Guide technique : réalisation des remblais et des couches de forme
(4)
CFF/SBB
-
R 211-1 : Infrastructure et ballast. Prescriptions pour lignes nouvelles et réfection des lignes anciennes
(5)
BR
-
Specifications for Roads and Bridges. Department of the Environment. HMSO The moisture condition test and its potential applications in earthworks "Transport and Road Research Laboratory - Supplementary Report 522 - 1979"
-
Tecnica di impiego delle terre. CNR-UNI 10006/1963
(6)
FS
28
719 R
2.4 - Composition et dimensionnement à la portance des couches d'assise 2.4.1 -
Structures d’assise types
Dès la construction d'une ligne nouvelle, il convient de mettre en place des structures d'assise de caractéristiques appropriées et d'épaisseurs suffisantes. Le choix s'effectue en fonction des paramètres déjà définis au point 1.1.2 - page 6. Les structures d'assise types sont déterminées pour diverses classes de portance obtenues par les combinaisons possibles des qualités du sol support et des caractéristiques de la couche de forme, comme indiqué au tableau 4 - page 16. La sous-couche, dans sa structure la plus complète, comprend : -
une couche "sous-ballast" en grave dont les caractéristiques sont définies au point 2.6 - page 32. Cette couche existe dans presque tous les cas, certains Réseaux la prévoient même sur les plates-formes rocheuses où elle sert d'égalisation, où elle contribue à réduire la raideur de l'assise,
-
une couche de "fondation" en grave anticontaminante bien graduée, permettant la circulation des engins de chantier. Elle n'est pas nécessaire sur les sols de classe de qualité QS3,
-
éventuellement, une couche "anticontaminante" en sable, à prévoir seulement sur plate-forme de classe P1,
-
un géotextile disposé au contact des plates-formes P1 et P2, qui améliore la qualité anticontaminante des structures d'assise ; il facilite également la mise en oeuvre des couches d'assise en évitant l'orniérage des couches de forme en sols QS1 ou QS2.
2.4.2 -
Dimensionnement à la portance des couches d'assise
Le dimensionnement des couches d'assise doit prendre en compte à la fois : -
les problèmes de portance (traités dans le présent paragraphe),
-
les problèmes de gel (traités au point 2.5 - page 31).
Du point de vue de la portance, l'épaisseur globale "ballast + sous-couche" dépend : -
de la classe de portance de la plate-forme,
-
du type et de l'espacement des traverses,
-
des caractéristiques du trafic (tonnage supporté, charge d'essieu, vitesse).
Les épaisseurs minimales, calculées à partir des résultats du rapport ERRI D 117 RP 28 (voir Bibliographie - page 95), sont indiquées sur la figure 9 - page 30. Elles sont valables pour des voies présentant un espacement de traverses de l'ordre de 0,60 m d'axe en axe et pour une charge nominale maximale d'essieu des véhicules remorqués jusqu'à concurrence de 250 kN.
29
719 R
e=E+a+b +c+d+f+g (e en mètres) Ballast
e Sous-couche Couche de forme
Géotextile éventuel ef (voir tableau 4)
Fig. 9 - Calcul de l’épaisseur minimale "e" des couches d’assise E
= 0,70 m
pour les plates-formes de classe de portance P1a
E
= 0,55 m
pour les plates-formes de classe de portance P2a
E
= 0,45 m
pour les plates-formes de classe de portance P3a
a
=0
pour les groupes UIC 1 et 2 (ou lignes à V > 160 km/h, quel que soit le groupe UIC)b
a
= - 0,05 m
pour les groupes UIC 3 et 4b
a
= - 0,10 m
pour les groupes UIC 5 et 6b
b
=0 2, 50 L = 2
pour les traverses bois de longueur 2,60 m
b
–
--
pour les traverses béton de longueur L (b en m, L en m, b peut être négatif si L > 2,50 m)
c
=0
pour un dimensionnement normal
c
= - 0,10 m
à titre exceptionnel pour des opérations difficiles sur les lignes existantes de groupe UIC autres que "7, 8, 9 sans voyageur"b
d
=0
lorsque la charge maximale d’essieu des véhicules remorqués ne dépasse pas 200 kN
d
= + 0,05 m
lorsque la charge maximale d’essieu des véhicules remorqués ne dépasse pas 225 kN
d
= + 0,12 m
lorsque la charge maximale d’essieu des véhicules remorqués ne dépasse pas 250 kN
f
=0
pour toutes les lignes parcourues à V ≤ 160 km/h et pour les plates-formes de portance P3 des lignes parcourues à grande vitessea
f
= + 0,05 m
pour les plates-formes de classe de portance P2 des lignes parcourues à grande vitessea
f
= + 0,10 m
pour les plates-formes de classe de portance P1 des lignes parcourues à grande vitessea
g
=+
géotextile lorsque la couche de forme est en sol QS1 ou QS2c
g
=0
(pas de géotextile) lorsque la couche de forme est en sol QS3c
a. Les classes de portance des plates-formes sont définies au tableau 4. b. Les groupes UIC sont définis dans la fiche n° 714 ( édition du 01.01.89) (v oir Bibliographie). c. Les classes de qualité des sols sont définies au tableau 3.
30
719 R
2.5 - Protection contre le gel Lorsque la plate-forme est constituée d'un matériau sensible au gel, il convient d'éviter que le gel n'y pénètre, surtout lorsque les conditions hydrogéologiques sont défavorables.
2.5.1 -
Couches d’assise
Les matériaux utilisés en couches d'assise doivent être insensibles au gel, donc satisfaire aux conditions décrites au point 1.4 - page 17. L'effet de la pénétration du front de gel dans la plate-forme pe ut être neutralisé en accroissant l'épaisseur globale des couches d'assise ou en mettant en oeuvre une couche de forme rapportée en matériau insensible. On calcule tout d'abord l'épaisseur de couches d'assise requise eu égard à la capacité portante de la plate-forme (voir point 2.4 - page 29) puis on complète, s'il y a lieu, la structure de façon à éviter la pénétration du gel dans les sols sensibles.
2.5.2 -
Paramètres du dimensionnement de protection contre le gel
L'influence des conditions climatiques est étudiée dans le rapport ERRI D 117 RP 15 (voir Bibliographie - page 95). L'indice de gel (que l'on peut définir sommairement comme l'intégrale par rapport au temps des températures négatives exprimées en degrés x jours (ou "heures x degrés")) et la température moyenne annuelle sont les principaux paramètres déterminant la profondeur de gel. Interviennent aussi l'épaisseur de neige, ainsi que les teneurs en eau et autres paramètres physiques des couches.
2.5.3 -
Abaque de dimensionnement
L'abaque de la figure 10 - page 32 permet le dimensionnement de l'épaisseur des couches de protection pour des voies non couvertes de neige et des couches à teneur en eau moyenne1. Cette figure est établie à partir de calculs et d'expérimentations in situ. Sous un climat rigoureux, l'épaisseur de la couche de protection est déterminée à partir de l'indice de gel et de la température moyenne de l'année précédente. La zone hachurée correspond aux conditions rencontrées en Scandinavie et en Europe centrale. Sous un climat modéré, l'épaisseur de la couche de protection est déterminée sur la base de la courbe 8 °C. L'hiver de référence à prendre en compte est un hiver "très rigoureux" tel que l'hiver 1962-1963. Cette disposition peut être assouplie dans le cas des voies à trafic peu important et dans le cas de sols autres que "très sensibles au gel". A partir des indices de gel, certains Réseaux ont établi des cartes précisant la profondeur de gel à prendre en compte dans les calculs. La figure 10 prévoie une sous-couche en grave qui, selon le point 1.4 - page 17, n'est pas sensible au gel. 1.
A noter que, dans les ponts-rails, il y a possibilité également de pénétration du gel à partir de l’intrados.
31
719 R
Pour des indices de gel très élevés, l'épaisseur de la sous-couche peut être réduite en utilisant des isolants thermiques (par exemple, plaques de polystyrène extrudé comme décrit en 3.3.4.3 page 68).
2.6 - Caractéristiques des matériaux constitutifs des couches d'assise Ballast : La granularité du ballast se situe approximativement dans la classe 20 à 60 mm (pierre cassée). Les caractéristiques ne sont pas développées plus avant dans la présente fiche.
2,40
0 °C hb
1
2,00 ) m ( h n o i t c e t o r p e d r u e s s i a p E
h
2
1 °C
2 °C 1,60
3 4 °C
6 °C
1,20
8 °C
0,80
4
0,40
0 0
400
800
1 600 1 200 Indice de gel (degré-jour)
1
Ballast
3
Température annuelle moyenne
2
Grave
4
Climat modéré
Fig. 10 - Epaisseur de protection contre le gel
32
719 R
Grave de sous-couche : La grave au contact du ballast doit être bien graduée, conformément au point 1.2.2.1 - page 9. La dureté du matériau constituant doit être suffisante, par exemple : -
Microdeval en présence d’eau ≤ 15 ou 20
-
Los Angeles ≤ 20 ou 25,
selon l'importance de la ligne. Certains Réseaux souhaitent que 50 % au moins du matériau soit concassé, surtout sur les lignes nouvelles.
Nota : Il y a lieu : -
d'une part, d'assurer la compatibilité granulométrique des diverses couches d'assise superposées ; à cet égard, il convient de vérifier la condition d'anticontamination de Terzaghi (cette règle est précisément applicable dans le cas de matériaux pulvérulents) ;
-
d'autre part, d'éviter dans le cas de plate-forme en sol fin, le phénomène de pompage (remontées des fines du sol) ; à cet égard, des règles de filtration générales valables aussi bien pour les sols cohérents que pour les sols pulvérulents ont été décrites dans le rapport ERRI D 117 RP 21 (voir Bibliographie - page 95). En pratique, il est nécessaire que le matériau de sous-couche disposé au contact d'un sol fin (limoneux ou argileux) contienne un pourcentage suffisant de fraction inférieure à 0,20 mm, le matériau devant cependant être non cohérent ; cet objectif est atteint selon les Réseaux moyennant l'une ou l'autre des méthodes ci-après : • la sous-couche est réalisée en une seule couche de grave sableuse comportant de l’ordre de 20 % d’éléments inférieurs à 0,20 mm, • la sous-couche est une bicouche composée : en partie supérieure, d’une couche sous-ballast en grave présentant un coefficient d’uniformité CU et un coefficient de courbure CC adéquats (voir point 1.2.2.1 - page 9) ; en partie inférieure, d’une couche anticontaminante ; les géotextiles peuvent améliorer les propriétés anticontaminantes et la portance de la structure (voir ERRI D 117 RP 24 ).
2.7 - Contrôle de compactage La compacité de l’ouvrage en terre et des structures d’assise doit être contrôlée. Ces contrôles sont actuellement ponctuels mais quelques Réseaux expérimentent des contrôles continus linéaires ou de surface. Les exigences de compacité sont à préciser en fonction de la nature et du trafic de la voie.
33
719 R
Pour ce qui concerne la sous-couche, pour la réalisation de lignes nouvelles, les exigences de compacité sont : -
γd ≥ 103 % OPN (selon NF P 94093 et DIN 18 127 ),
-
EV2 ≥ 120 MN/m2.
2.8 - Drainages longitudinaux des plates-formes 2.8.1 -
Eaux souterraines
Les conditions hydrogéologiques et hydrologiques locales sont déterminées par le niveau de la nappe phréatique (voir point 1.3.1 - page 14). De mauvaises conditions hydrogéologiques et hydrologiques peuvent avoir des influences néfastes sur la portance de la plate-forme et la tenue de la voie, on y remédie par rabattement de la nappe par des fossés ou des drainages profonds. Selon la situation locale, des Réseaux prescrivent des valeurs limites variant de 0,8 à 2,5 m sous le plan de roulement, la valeur de 0,8 m n'étant acceptée que pour des plates-formes de bonne qualité (P3) hors gel et lorsque la nappe a un très faible écoulement.
2.8.2 -
Eaux de surface
Il est important d'évacuer au plus vite les eaux zénithales susceptibles d'arriver sur la plate-forme. Pour cela, il est nécessaire :
2.8.2.1 - de penter correctement, dans le sens transversal, les plates-formes vers les dispositifs longitudinaux de drainage (dans les déblais) ou vers l'extérieur (dans les remblais) tant en alignement qu'en courbe. La pente transversale doit être comprise entre 3 et 5 %. Cependant, dans certaines parties en dévers, on peut être amené à concevoir des plates-formes de double voie à pente unique transversale. Le dessus de sous-couche doit être également penté comme il vient d'être dit. En effet, sous réserve que la sous-couche soit bien graduée (voir point 2.6 - page 32), 80 % environ (coefficient de ruissellement c ≈ 0,8) de l'eau zénithale s'écoulent directement de l'interface "ballast/sous-couche" vers les drainages. Les 20 % restants s'infiltrent dans la sous-couche, le pentage permettant l'essorage rapide.
2.8.2.2 - de dimensionner correctement les dispositifs de drainage longitudinaux. Ceux-ci doivent évacuer les débits apportés lors des orages importants (par exemple, orages décennaux) : -
par l’ensemble "talus de déblai et voie ferrée" (débit QP), d’une part,
-
par l’ensemble des éventuels bassins versants affluents de la tranchée (débit QV), d’autre part.
Bien souvent, les temps de concentration relatifs à chacun des débits Q P et Q V sont très différents ; on ne commet pas en ce cas une grande erreur en adoptant, pour le dimensionnement de l’ouvrage de collecte, la plus grande des deux valeurs Q P et QV. Il faut ajouter, le cas échéant, les débits en provenance des rabattements de nappe.
34
719 R
Le calcul peut s’effectuer de la façon suivante1 :
a) Calcul du débit QP Ce débit peut être évalué à l’aide de la formule : 1 u
-
QP
=
v u
-
1 u
-
K ⋅ i ⋅ c ⋅ A
w u
-
avec : i
=
pente du plus long cheminement
c
=
coefficient de ruissellement de la plate-forme pris égal à 0,3 ou 0,4 (voir tableau 7) pour les talus et 0,85 pour les voies ferrées conformément aux essais décrits au rapport ERRI D 117 RP 13 (voir Bibliographie - page 95).
A
=
superficie du bassin versant
k, u, v, w
=
coefficients dépendant de l’intensité des pluies d’averse décennale (voir COSTE et LOUDET : "Guide de l’assainissement en milieu urbain et rural", 1980 - Editions du Moniteur - Paris).
b) Calcul du débit QV Ce débit est calculé en fonction de : -
la superficie effective A du bassin versant,
-
la pente moyenne i du bassin versant,
-
le coefficient de ruissellement moyen c du bassin versant : le tableau 7 donne les valeurs du coefficient de ruissellement c habituellement admises. Tableau 7 : Coefficients de ruissellement des bassins versants Surfaces imperméabilisées
c = 0,9 à 1,0
Sols cultivés
c = 0,4 à 0,8
Sols sableux
c = 0,3
Forêts
c = 0,2
Il est possible de mettre au point des abaques pour déterminer le débit d es eaux pluviales en diverses régions qui, à cet égard, sont très différentes. Des exemples sont donnés dans le rapport ERRI D 117 RP 13.
1.
Pour de plus amples détails sur cette méthode de calcul, se reporter au rapport ERRI D 117 RP 13 : "Fonctionnement hydraulique des structures d’assise et du sol sous l’influence des précipitations".
35
719 R
2.8.2.3 - de concevoir correctement les matériaux filtrants disposés au contact des dispositifs d'assainissement longitudinaux. Les principales règles à respecter à cet égard sont les suivantes : -
la granularité du matériau au contact du sol doit respecter les règles d'anticontamination. Cellesci ont été développées dans le rapport ERRI D 117 RP 16 (voir Bibliographie - page 95). Cependant, un tel procédé de filtration peut conduire à prévoir des filtres à couches successives à granulométrie étagée.
En pratique, les matériaux définis par le fuseau de la figure 11 assurent une protection convenable pour la plupart des sols cohérents (sous réserve que ces derniers ne soient pas soum is à des charges dynamiques). Les géotextiles permettent un système de filtration plus simple : -
géotextile au contact du sol fin,
-
simple granulat clayé en remplissage autour du drain.
LIMON
SABLE
GRAVIER
fin moyen gros
fin moyen gros
fin moyen gros
ARGILE
s é l u m 100 u c 90 s t n 80 a s s 70 a p 60 e d e 50 g a 40 t n e 30 c r u 20 o P
0,002
0,006
0,02
0,06
0,2
0,6
2
6
20
60
0,002
0,005
0,02
0,05
0,2
0,5
2
5
20
50
10 0
0,0002
Diamètre des grains d (mm)
Fig. 11 - Fuseau des sables filtrants (en l’absence d’efforts dynamiques)
36
719 R
2.9 - Techniques et procédés spéciaux En complément aux méthodes de construction et aux matériaux objets des points précédents de cette fiche, des procédés et des matériaux particuliers peuvent être pris en considération dans certaines conditions. Ne sont présentés ci-après que les procédés et les matériaux faisant l’objet d’une expérience jugée suffisante.
2.9.1 -
Stabilisation aux liants
Chaque fois qu'est envisagé le traitement aux liants (chaux, ciment, bitume), il doit faire l'objet d'une étude de faisabilité en laboratoire afin d'en déterminer les conditions optimales. Sur le chantier, il faut s'assurer que les proportions définies par l'étude sont respectées.
2.9.1.1 -
Traitement à la chaux
Le traitement à la chaux (CaO ou Ca (OH) 2) ne s'applique qu'aux sols argileux. La couche traitée à la chaux doit être protégée par une sous-couche suffisamment imperméable ou un traitement superficiel au bitume pour éviter la dissolution de la chaux par les eaux zénithales.
2.9.1.2 -
Traitement au ciment
Le traitement au ciment ou à d'autres liants hydrauliques ne peut être recommandé que de façon limitée pour des couches d'assise ferroviaires en raison de la fissuration inhérente à cette technique. De plus, des pourcentages de liants trop élevés rendent la couche trop rigide et cassante lors de l'utilisation.
2.9.1.3 -
Traitement au bitume
La stabilisation au bitume n'est pas utilisée dans le domaine ferroviaire.
2.9.2 -
Sous-couches en calcaire consolidé au ciment ou en conglomérat asphalté
Deux méthodes ont fait preuve de leur efficacité aux FS à l'occasion d'utilisation de longue durée (> 20 ans).
2.9.2.1 -
Calcaire consolidé au ciment
Utilisation de roche calcaire (CaCO3) concassée, consolidée par le ciment ("misto cementato") comme couche "sous ballast" de 0,20 m d'épaisseur sur une couche de grave de 0,30 à 0,50 m d'épaisseur. Les matériaux concassés de roche calcaire doivent correspondre à la courbe granulométrique de la figure 12 - page 38. La teneur en ciment (PZ 35) est de 3 - 4 % maximum et la teneur en eau : 6 % environ (dosage pondéral).
37
719 R
100 s é l u m u c s t n a s s a p e d e g a t n e c r u o P
100
100
90 80
76
70
66
62
60
53
max.
50
45
40
40
35 min.
30 23
20
14
10 0
6 0,18 0,4
2
4
8
13 19 32 Diamètre des grains d (mm)
Fig. 12 - Courbe granulométrique du calcaire concassé pour "misto cementato"
2.9.2.2 -
Conglomérat asphalté
Le conglomérat asphalté s’utilise en couche de 0,12 m sur 0,30 à 0,50 m de grave. La granulométrie doit correspondre à la courbe de la figure 13. La teneur en bitume est d’environ 5 % (dosage pondéral).
100 s é l u m u c s t n a s s a p e d e g a t n e c r u o P
100
100
90 80 70 60
58
50
22
16 10 10
0,07 0,18
36
max.
30
0 6
54
40
40 20
80
78
23 min. 10
7 0,4
2
5
10 19 25 Diamètre des grains d (mm)
Fig. 13 - Courbe granulométrique du conglomérat
38
719 R
2.9.3 -
Béton d’asphalte
Les spécifications des CFF/SBB pour le béton d’asphalte utilisé comm e sous-couche sont reprises au tableau 8. Le granulat utilisé peut être un ancien béton d’asphalte recyclé. Le béton d’asphalte a une épaisseur minimale de 0,06 m et repose sur une couche en grave d’épaisseur suffisante. Tableau 8 : Spécifications des CFF/SBB pour les couches de béton d’asphalte Degré de compactage
:
Moyenne 98 %. Aucune valeur inférieure à 97 %
Pourcentage de vide
:
Moyenne 3 % en volume. Aucune valeur supérieure à 5 % en volume
Pénétration des bitumes à 25 °C après mise en oeuvre
:
Mini 70 (1/10 mm)
Déflexion élastique de la couche
:
Mini 40 (1/100 mm)
Ces valeurs doivent être obtenues après mise en oeuvre.
2.9.4 -
Sous-produits industriels et produits de recyclage
Les sous-produits industriels et produits de recyclage tels que : -
terrils, schistes houillers,
-
laitiers de haut-fourneaux et d’aciéries,
-
cendres volantes,
-
ordures ménagères incinérées,
-
produits de démolition,
peuvent être utilisés en couche d’assise et en ouvrage en terre seulement si l’on a prouvé par des essais de faisabilité que les caractéristiques physiques et mécaniques correspondent aux exigences des Réseaux et de l’environnement ainsi que de compatibilité avec les ouvrages voisins.
39
719 R
3 - Maintenance des ouvrages en terre et des couches d'assise sur les lignes existantes 3.1 - Maintenance L'organisation de la maintenance, sur une ligne donnée, doit être optimisée sous les aspects techniques (sécurité et confort) et économiques. Les travaux de maintenance comprennent notamment : -
pour ce qui concerne les ouvrages en terre proprement dits (voir point 3.2) : • l'entretien des dispositifs de drainage, de collecte et de protection, • les opérations localisées nécessaires pour compléter le drainage, contrôler l'érosion et l'altération et assurer le cas échéant la confortation des zones critiques ;
-
pour ce qui concerne les couches d'assise (voir point 3.3 - page 63) : • les grandes opérations de renouvellement (notamment renouvellement de la couche de ballast), • les opérations d'entretien du nivellement, • les opérations localisées d'assainissement ou d'étanchéité (drainage et collecte des eaux, ainsi que, s'il y a lieu, substitution ou amélioration des couches d'assise).
3.2 - Maintenance des ouvrages en terre 3.2.1 -
Généralités, visites d'inspection et entretien courant
Qu'il s'agisse de remblais, de déblais ou de versants naturels en terrains meubles ou rocheux, la pérennité et la tenue des pentes sont fortement conditionnées par le maintien en bon état des dispositifs de drainage, de captage et de collecte des eaux, de protection et de confortation des talus. Quoi qu'il en soit, il y a cependant toujours vieillissement par altération plus ou moins rapide des matériaux soumis aux actions de l'eau, du gel, des sollicitations dynamiques, etc. Les instabilités peuvent également être la conséquence du mauvais fonctionnement des couches d'assise. Ces dernières peuvent présenter des "fonds de bateau" où les eaux de pluie stagnent. Dans d'autres cas, les désordres peuvent résulter d'un processus de tassement de la plate-forme. Pour prévenir, dans la mesure du possible, des désordres potentiels, il convient d'organiser une surveillance bien adaptée aux cas considérés, sous les aspects : du problème géotechnique, du risque encouru, des exigences d'exploitation. Au besoin, l'ingénieur prend conseil auprès de spécialistes, tant pour les investigations que pour le suivi des travaux. L'entretien à intervalles réguliers des systèmes de drainage et des talus est nécessaire. Au cas où, lors de l'inspection, des dommages sont constatés, des mesures de remise en état sont à envisager et à réaliser telles que décrites par la suite. Au besoin, des spécialistes sont consultés tant pour les investigations et les études que pour le suivi des travaux.
40
719 R
3.2.1.1 -
Zones en terrains meubles
Les désordres potentiels peuvent se manifester : -
par des déformations de pentes (bourrelets, fissures, ravinements, inclinaison des arbres ou poteaux, etc.),
-
par des désordres dans les ouvrages divers,
-
sur les remblais par des mouvements locaux anormaux d'une ou plusieurs files de rails (ou même simplement de la piste) ; il y a lieu alors de consigner soigneusement les relevés d'interventions effectués et de représenter graphiquement, en fonction du temps, les mouvements cumulés (ou les relevages de voie cumulés) ; cela permet de localiser de façon précise les zones en mouvement et de détecter les accélérations éventuelles.
A noter que certains désordres graves peuvent se manifester sans signe précurseur décelable.
3.2.1.2 -
Zones de versants et talus rocheux
Il y a lieu d'inventorier ces zones et de les visiter systématiquement (à l'issue d'une période de dégel, par exemple). Les risques pour les circulations doivent être évalués, dans la mesure du possible, à partir des paramètres ci-après : -
nature des matériaux : • diaclasage, • pentage, • évolutivité ;
-
volume des blocs et masses susceptibles de mouvements ;
-
topographie ;
-
végétation ;
-
hydrologie ;
-
parades existantes ;
-
etc.
Tout cela peut être reporté sur un support cartographique, ce dernier étant mis à jour grâce à des visites de surveillance adaptées.
3.2.2 -
Reconnaissances géotechniques et hydrogéologiques
Bien entendu, la campagne de reconnaissance à entreprendre (dans les emprises elles-mêmes ou dans leur environnement) doit être adaptée d'une part à la complexité du problème, d'autre part au degré d'urgence de la parade à réaliser. Dans certains cas, une visite approfondie des lieux et l'examen du dossier de la zone permettent d'avoir une idée suffisante sur les causes et conséquences possibles des désordres ainsi que sur la parade à réaliser.
41
719 R
Dans d'autres cas, le phénomène est plus complexe et il est nécessaire, en marge des mesures conservatoires qui s'imposent, d'effectuer une étude permetta nt de déterminer à coup sûr la technique de parade complémentaire définitive. Cette étude comprend notamment (voir aussi le point 2.1 page 19) : -
l'historique précis des désordres relevés et des remèdes éventuels tentés antérieurement,
-
les investigations topographiques, géologiques, hydrogéologiques et climatiques du site,
-
le constat de la tenue des ouvrages existants,
-
les essais in situ et en laboratoire,
-
l'installation de systèmes de mesure permanents in situ,
-
le constat des conditions nouvelles éventuelles (activités humaines ou constructions) pouvant contribuer à l'explication des désordres. Il est important, préventivement, d'être vigilant pour ce qui concerne les activités et constructions à proximité des emprises,
-
les calculs de stabilité avant et après travaux proposés.
3.2.3 3.2.3.1 -
Inventaire commenté des parades Généralités
L'inventaire présenté ici ne peut, bien entendu, être exhaustif. Souvent, un talus instable n'est définitivement conforté que si l'on a mis en oeuvre plusieurs parades à la fois ; ainsi, lorsqu'un mouvement de terrain est stoppé par action mécanique (butée de pied, clouage, etc.), il peut être nécessaire, pour assurer la pérennité de cette stabilisation, de supprimer le facteur initial de désordre, notamment en éliminant l'eau par des dispositifs permanents. Le développement des phénomènes peut obliger, d'une part à prendre des dispositions immédiates concernant la circulation des trains (ralentissement, par exempl e), d'autre part à mettre en oeuvre immédiatement un système temporaire ou permanent de surveillance et d'alerte permettant l'arrêt des circulations en cas d'évolution inquiétante. Pour choisir à bon escient la (ou les) parade(s), il est nécessaire de bien comprendre les conditions géotechniques et hydrogéologiques du site concerné ; pour cela, il faut : -
d'une part, avoir une bonne description de la nature et de la géométrie des désordres : • désordres superficiels, • désordres profonds en terrains meubles : glissements plans, glissements circulaires, glissements de forme plus complexe, coulées boueuses, fluages, changement de volume des sols (retrait, gonflement, compaction, dissolution, consolidation, combustion, etc.), érosion interne, • désagrégations et écroulements des versants et talus rocheux : désagrégations et délitages superficiels et internes, glissement de bancs à pentage défavorable, écroulements de blocs et bancs en surplombs ;
42
719 R
-
d’autre part, d’évaluer comparativement l’influence des divers facteurs conditionnant la tenue des talus : • • • • •
forces de pesanteur, forces dues à l’eau (ruissellements superficiels, nappes, circulations internes), forces de liaison dans le terrain, évolutivité des matériaux sous les influences extérieures, sollicitations dues au trafic.
Certains traitements d'urgence doivent être appliqués, s'il y a lieu, en attente de confortations définitives, par exemple : -
colmatage des fissures,
-
protection des surfaces contre la pluie,
-
remise en bon fonctionnement des dispositifs de drainage, collecte et évacuation des eaux,
-
captage et évacuation des venues d'eau néfastes,
-
actions provisoires permettant le maintien des circulations.
De nombreux facteurs sont déterminants quant au choix du type de confortation le plus adapté, par exemple : -
conditions d'exploitation de la ligne,
-
possibilité de disposer d'emprises supplémentaires (temporaires ou définitives),
-
possibilité de fonder des ouvrages de soutènement ou de ficher des pieux,
-
possibilité d'ancrage,
-
possibilité d'accès pour des engins de chantier,
-
profondeur de la surface de glissement,
-
niveaux piézométriques,
-
dimensions de la zone affectée,
-
conditions climatiques (stabilité de la voie en période de forte température notamment).
3.2.3.2 -
Zones en terrains meubles
Mesures de surveillance Ces mesures sont mises en place pour suivre l'évolution des ouvrages non encore confortés ou contrôler les travaux de confortation et l'efficacité de ces derniers. -
Mesures des mouvements en surface
• Graphiques des mouvements cumulés des files de rails. • Mesures topographiques sur repères (verticales et horizontales). 43
719 R
• Mesures ponctuelles de rotations en surface. -
Mesures des mouvements en profondeur
• Mesures "inclinométriques" en sondages tubés. • Simple positionnement de surfaces de rupture par tubes de déformation. • Mesures tassométriques. -
Mesures piézométriques
• Niveau des nappes. • Pression interstitielle. -
Mesures d’efforts (par exemple, en cas de dispositif d’ancrage)
-
Autres mesures (géophysique, photointerprétation, etc.)
Nota : certains de ces systèmes peuvent être équipés de dispositifs agissant sur une signalisation adaptée en cas d'évolution critique. Action sur les eaux -
Assainissement des versants et talus 1
• Fossés de collecte des eaux de ruissellement, par exemple fossé de pied ou de crête ; à noter que ces fossés peuvent être éventuellement générateurs d'instabilités et doivent donc, s'il y a lieu, être suffisamment éloignés (quelques mètres au plus suivant la nature du sol et la hauteur du talus), et, s'il y a lieu également, être étanches, • Tranchées drainantes profondes propres, par exemple, à rabattre et collecter les eaux d'un versant (Fig. 14 - page 45). Leur mise en place dans une zone susceptible de mouvement est particulièrement délicate et les travaux doivent être conduits en période hydrologiquement la plus favorable (à contrôler par suivi piézométrique). • Tranchées drainantes de surface utilisées sur pentes naturelles, talus de déblais et talus de remblais (Fig. 15 - page 45) pour lesquels on observe des suintements au moment des pluies.
1.
Les dispositions concernant le drainage et la collecte des eaux des versants et talus sont de conceptions différentes selon la nature des sols (cohérents ou non) et selon le mécanisme du désordre (glissement ou érosion interne). Dans certains cas, il y a lieu de prévoir en outre certaines étanchéifications (bouchons ou voiles).
44
719 R
1 2 4 3
5
6 1 Tranchée drainante
4
2
5 Niveau piézométrique après travaux
Géotextile
3 Collecteur drainant
Niveau piézométrique avant travaux
6 Fossé
Fig. 14 - Exemple de drainage profond
1
2 1 Sens de plus grande pente
2 Fossé
Fig. 15 - Exemple de drainage de surface
Remarque concernant les figures 14 et 15 Les tranchées aussi bien de drainage profond que de drainage de surface peuvent être remplies de matériaux drainants ou de pierres sèches. Dans ce dernier cas, il convient de disposer un géotextile filtrant et anticontaminant au contact du terrain. -
Tranchées drainantes perpendiculaires aux voies
propres à écouler vers l’extérieur les eaux des "fonds de bateau" des rembla is ou à stopper l’écoulement longitudinal sous voie à la transition déblai-remblai. Il s’agit d’un terrassement de faible volume mais qui peut avoir une répercussion brutale sur le nivellement des voies au moment des travaux.
45
719 R
-
Contreforts drainants dans les talus de déblai (Fig. 16 ) ou de remblai
Le radier doit être disposé en contrebas de la surface de glissement, de sorte que l’ouvrage ait non seulement une action hydraulique mais aussi un rôle de contrefort. Lorsque le remblai supporte une voie ferrée, des mesures spéciales de renforcement au moment des travaux sont à prévoir au niveau de la voie.
A-A 1
4
A
5
2 3 ~1,5 m
≥5%
1
3
A
2
≥ 0,6 m
1 Géotextile
4
2
5 Couverture en terre végétale
Matériau filtre ou pierres
Surface de glissement
3 Collecteur drainant Fig. 16 - Exemple de contrefort drainant
-
Drains horizontaux
Pratiqués à flanc de talus de déblai ou de remblai pour drainer des eaux profondes (tuyaux crépinés en plastique, enveloppés éventuellement dans un géotextile, et autres dispositifs). -
Puits drainants
-
Galeries drainantes
-
Drains verticaux
-
Voiles d’étanchéité ou autres barrières artificielles étanches
-
Stabilisation électrochimique
La stabilisation électrochimique des sols instables consiste à améliorer les sols cohérents en place par injection de chlorure de calcium et de courant continu de 60 volts pendant une longue période. Cette méthode présente l'avantage d'éviter la substitution des sols cohérents. La stabilisation électrochimique est basée sur une amélioration des caractéristiques rhéologiques et mécaniques du sol instable cohérent par amélioration de la portance, de la consistance et de la résistance à l'eau et au gel. Des essais préliminaires en ligne et en laboratoire doivent déterminer la faisabilité du procédé.
46
719 R
Action mécanique par reprofilage ou par déchargement de la crête de déblai Action mécanique par chargement du pied de talus, obtenu par profilage ou par adjonction de bermes (banquette de pieds de talus, Fig. 17) Ce procédé est fréquemment utilisé pour la confortation des talus. Le talus de la banquette peut être de pente plus raide par utilisation de procédés de confortation tels que : poutres ou pieux en béton armé avec ancrage éventuellement, mur de soutènement, perré maçonné, clouage, etc. Lorsque le pied de talus est proche d'un cours d'eau, cette banquette peut être réalisée en tout ou partie à l'aide d'enrochements : il convient de veiller à la permanence de la qualité de la filtration.
h
~2
-
5-10 %
1
h
2 3
5-10 %
h
~2
-
4 1 Remblai
3
Couverture végétale excavée
2 Couverture en terre végétale
4
Matériau perméable
Fig. 17 - Exemple de banquette de pied de talus
Ce procédé n'est pas recommandé lorsque le cercle de glissement est situé trop haut dans le talus ou lorsque le remblai est fondé sur un terrain en pente. (La dimension de la banquette, h/2 x h/2, n'est appropriée que lorsque le cercle de glissement aboutit approximativement en pied de talus).
Action mécanique par soutènement du pied de talus Cette méthode est utilisée lorsque l'emprise disponible ne permet pas la mise en place d'une banquette. La plupart des procédés indiqués ci-après ont également une action de chargement du pied de talus.
47
719 R
1 Poutre en béton armé 1
2 Pieux
2 Fig. 18 - Exemple de poutre en béton armé sur pieux
-
Mur de soutènement , coulé en place, avec fondations profondes, s’il y a lieu, ou simple poutre en
béton armé fondée sur chevaleret de pieux (Fig. 18), ou ancrée dans le substratum (Fig. 19).
1 Poutre en béton armé 1
2 Ancrage
2
Fig. 19 - Exemple de poutre en béton armé ancrée
-
Mur souple en éléments en béton armé préfabriqués, en gabions, en terre armée, etc.
-
Rideau de palplanches, système utilisé fréquemment en bordure de rivière.
48
719 R
Clouage de la masse en mouvement -
Pieux classiques (Fig. 20) : quelques rangées de pieux en quinconce disposés à la partie inférieu-
re du talus (pieux en bois, en acier ou en béton armé, préfabriqués ou non). Quelquefois, il peut être opportun, lorsque cela est possible, de forer des avant-trous pour éviter les effets d’ébranlement dus au battage des pieux. Les pieux doivent pénétrer notablement audelà de la surface de glissement.
Fig. 20 - Exemple de fixation du pied de talus par pieux classiques
Nota : lorsque le sol sous remblai est très sensible au tassement, l’efficacité de la confortation peut être accrue en inclinant convenablement les pieux (Fig. 24). -
Micropieux (Fig. 21) en quinconce sur toute la surface de la partie instable du talus. Chaque mi-
cropieux (diamètre de quelques centimètres) est armé d’un tube en acier et (ou) d’un ou plusieurs ronds à béton et est injecté par un coulis de ciment (comprenant éventuellement un adjuvant). S'il y a lieu, seules sont équipées des longueurs discontinues de talus de façon à obtenir des contreforts injectés. Pendant les travaux d'injection, il faut contrôler soigneusement les mouvements.
Fig. 21 - Exemple de clouage par micropieux
49
719 R
Injections -
Injection du corps de l’ouvrage (Fig. 22 - page 51) : traitement des remblais en sols cohérents. On
utilise un coulis aéré à haute viscosité (par exemple, 3 poids de sable pour 1 poids de ciment et un adjuvant moussant) pour former un lit de mortier dans la surface de glissement (ou les surfaces de glissement en cas de glissements multiples). Un maillage de tubes battus en quinconce est mis en place dans le talus et le coulis est injecté à l'extrémité des tubes au-dessous de la surface de glissement. Les injections débutent par les tubes des rangs inférieurs. Le coulis s'approche de la poche de ballast qui, habituellement, surmonte la masse glissée. Il pénètre et renforce cette poche. Les tubes d'injection sont disposés de façon à ne pas engager le gabarit, de sorte que, sauf apparition de mouvements pendant travaux, il n'y a pas interruption des circulations mais simplement limitation de vitesse. Afin d'obtenir le meilleur résultat possible, l'expérience a montré que le chantier d'injection ne doit pas être interrompu durant de longues périodes (plus de deux semaines). Ce procédé peut être utilisé que lle que soit la saison sous réserve de disposer d'une équipe d'opérateurs très expérimentés. -
Injection des "fonds de bateau"
• substitution de matériau glissé par un matériau plus frottant, • traitement de surface : ces traitements évitent les ravinements de surface. -
Plantations : favorisent l’évapotranspiration et confortent le massif. Il convient cependant de pra-
tiquer les élagages nécessaires. -
Perres (pierres sèches, maçonnerie, dispositifs préfabriqués, etc.).
-
Géogrilles et géocomposites.
-
Tapis préensemencés.
-
Masque de protection en matériau flottant (Fig. 23 - page 51).
Ce procédé très courant en Europe du Nord et en Amérique du Nord a trois rôles : drainer l’eau du massif ; protéger le talus du ravinement ; éviter, dans les régions à climat rude, les désordres dans le talus lors du dégel (liquéfaction et écoulement du sol de surface).
50
719 R
7
A 6
C
5
B
4
D
3 2
1
A Tubes d’injection
C Fond de bateau (injecté de mortier)
B Ordre d’exécution des injections
D Surface de glissement
Fig. 22 - Exemple d’injection de remblai
a
1 2
h
b
3 1 Matériau flottant 2 Sol cohérent
Nota : les épaisseurs a et b sont fixées cas par cas en fonction de la hauteur h du talus et des conditions hydrogéologiques et climatiques.
3 Drainage longitudinal Fig. 23 - Exemple d’un masque de protection en matériau frottant
Nota : en cas d’une mauvaise qualité du sol de fondation jusqu’à des profondeurs très importantes ou en cas de surfaces de glissement très profondes, surtout lors d’élargissement et d’exhaussement d’ouvrages en terre existants, les problèmes sont quelquefois si difficiles à résoudre qu’ils nécessitent des dispositions spéciales faisant appel à des géotechniciens avertis.
51
719 R
Remblai sur sols de faible portance L’attention est spécialement attirée sur les possibilités ci-après : -
Cas des remblais de faible hauteur (inférieure à 6 m) : • excavation sous voie et remplacement complet par un matériau de meilleure portance (la dépose de la voie est nécessaire) ; • excavation sous voie et remplacement partiel par un matériau léger de meilleure portance (la dépose de la voie est nécessaire) ; • excavation près de la voie et remplacement par un matériau de meilleure portance (Fig. 24, repère A) (une limitation de vitesse ou l’interruption du trafic est nécessaire) ; • banquette de pied (Fig. 24, repère B).
-
Cas des remblais de hauteur supérieure à 6 m : • stabilisation par banquette de pied (Fig. 24, repère C) ; • pieux disposés en dehors des voies (Fig. 24, repère D) ; • pieux disposés sous la voie et surmontés de plaques de béton ou autres matériaux (Fig. 24, repère E).
1
E
B
D
C
A
1 Rayons des cercles de glissement
C Banquette de pied
A Sol de bonne portance
D Pieux en dehors des voies
B Banquette de pied
E Pieux sous les voies
Fig. 24 - Exemples de mesures de confortation de remblai sur sol de faible portance
52
719 R
3.2.3.3 -
Zones de versants et talus rocheux
Procédés destinés à la détection et à la surveillance Ces procédés sont mis en place pour suivre l'évolution des pentes ou pour contrôler les travaux de confortation et l'efficacité de ces derniers. Filet détecteur électrique, agissant sur une signalisation adaptée. Mesures des mouvements en surface
-
Témoin de fissuration équipé de système mécanique de lecture directe (vernier, par exemple) ou mesure d'écartement par fil invar.
-
Mesures topographiques sur repères (verticales et horizontales).
-
Système optique télémétrique avec affichage automatique des paramètres mesurés.
-
Mesures ponctuelles des rotations en surface au moyen de niveaux à bulle ou par système muni d'un contacteur permettant le déclenchement d'une alerte pour un seuil donné de rotation (par exemple, contacteur à mercure).
Mesure des mouvements en profondeur (en forages ou en puits)
-
Variations relatives ou absolues : • • • •
des mouvements axiaux, des mouvements transversaux, des inclinaisons (inclinomètres), des rotations axiales.
Mesure de contraintes
-
Contraintes totales.
-
Pression d’eau.
Mesure d’efforts (par exemple, cales dynamométriques permettant le contrôle des ancrages). Autres mesure (par exemple, endoscopiques en forages, géophysiques à partir de la surface ou en
forage, microsismique passive).
Parades limitant les effets de la chute des pierres ou des rochers Ecrans disposés le long de la voie
Cette parade est fréquemment adoptée pour des raisons diverses (inaccessibilité de la zone origine - étendue trop importante de celle-ci - problème foncier - facilité de mise en oeuvre de moyens matériels à partir de la voie - facilité d'entretien et de surveillance, etc.). Pour que l'efficacité d'un écran soit assurée, il faut d'une part que sa hauteur soit adaptée aux trajectoires probables des blocs, d'autre part que sa constitution le rende apte à résister à l'impact des blocs ; à cet égard, il est préférable de concevoir un ouvrage déformable (apte à absorber l'énergie cinétique par déplacement ou déformation plastique) plutôt qu'un ouvrage rigide.
53
719 R
Ecran "rails-traverses" (ou en matériaux similaires) (Fig. 25), assez efficace dans le cas de chute de
blocs de volume limité.
1
4
3
2
1 Hauban
3 Traverses de récupération
2 Attaches
4 Rail de récupération
Fig. 25 - Exemple d’écran "rails-traverses" Ecran en filets métalliques permettant l’absorption de plus grandes énergies cinétiques (Fig. 26) par
"boucle de freinage".
6
5
7
4 3 2 8 9
1 10 11
Filet métallique en câbles d’acier 3 m x 5 m
1 Haubans d’extrémité
5 Boucles de freinage
9
2 Ancrage amont
6 Câbles de liaison entre filets
10 Pente du versant
amont de maintien 3 Hauban des poteaux
7 Poteaux
11 Hauban aval de maintien
4 Haubans principaux
8 Ancrage des haubans aval
de poteau
Fig. 26 - Exemple de filets métalliques (figure extraite du "Bulletin de liaison des laboratoires des Ponts et Chaussées", article de L. Rochet, mai-juin 1979)
54
719 R
Merlon de terre, avec chambre d’éboulis (Fig. 27) réalisé par terrassement d’une levée de terre.
≥ 2 m
2 1
3
1 Merlon de terre 2 Pente la plus raide possible compatible avec le matériau 3
Chambre d’éboulis accessible à un engin de terrassement
Fig. 27 - Exemple de merlon de terre avec chambre d’éboulis Ecrans en gabions (Fig. 28).
Fig. 28 - Exemple d’écrans en gabions
55
719 R
Ecrans disposés sur pentes (mêmes dispositifs que ci-dessus).
Il y a intérêt à disposer les écrans à l’endroit où les blocs, dans leur trajectoire, sont susceptibles d’avoir une faible énergie cinétique (Fig. 29).
1
2
3
1 Falaise
3
Voie à protéger
2 Ecran Fig. 29 - Exemple d’écran sur pente Surlargeur en pied de talus de déblai rocheux (piège à cailloux).
Cette surlargeur est actuellement en usage pour les talus de déblais rocheux, tant pour ce qui concerne les lignes nouvelles (voir point 2.3.2.2 - page 22) que pour ce qui concerne les travaux sur lignes anciennes comportant des retalutages. RITCHIE1 a donné à cet égard des recommandations reproduites sur la figure 30 ; mais, bien entendu, les dispositions sont à adapter à chaque cas particulier (présence éventuelle d’autres bermes sur la pente, nature et évolutivité du massif, etc.).
1
h
1 Ecran éventuel
l α
d
Fig. 30 - Recommandations pour le dimensionnement des surlargeurs en pied de talus en vue de la protection contre les chutes de pierres (d’après RITCHIE)
1.
RITCHIE Arthur M. "Evaluation of Rockfall and its Control". Highway Research Record, vol. 17, 1963, pages 13-18.
56
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Inclinaison du talus
Hauteur du talus h (mètres)
Largeur du piège l (mètres)
Profondeur
80 à 90
5 - 10 10 - 20 > 20
3 5 6,5
1 1,5 1,5
75
5 - 10 10 - 20 20 - 35 > 35
3 5 6,5 8
1 1,5 2 2
65
5 - 10 10 - 20 20 - 35 > 35
3 5 6,5 8
1,5 2 2a 3a
55
0 - 10 10 - 20 > 20
3 5 5
1 1,5 2a
45
0 - 10 10 - 20 > 20
3 5 5
1 1,5 2a
α
(degrés)
d (mètres)
a. Dans ce cas, d peut être réduit à 1,20 lorsque l’on prévoit un écran.
Contrôle des trajectoires
-
Ecran disposé en biais de façon à diriger les blocs vers des endroits où la parade est plus facile pour des raisons topographiques.
-
Grillage plaqué, suspendu par ancrage à l'amont et maintenu libre le long de la paroi ; cette parade est réservée aux cas de blocs de petites dimensiosn qui sont dirigés vers le pied du talus.
Purge manuelle
Elle concerne des blocs de petite dimension. C'est une opération d'entretien courant mais il convient de s'assurer que la purge d'un bloc n'entraîne pas l'instabilité d'une masse plus importante.
Nota : l'emploi de l'explosif pour ces opérations est très délicat et demande une étude détaillée, de nombreuses précautions et des entreprises très spécialisées.
57
719 R
Galerie (Fig. 31)
Ce type coûteux d'ouvrage est utilisé lorsque les blocs proviennent d'un fond dominant très étendu ou abrupt pour lequel aucune solution plus économique n'est envisageable.
Fig. 31 - Exemple de galerie de protection
Parades visant à la stabilité des talus rocheux Traitement de surface
-
Végétalisation, implantation arbustive, fascinage : ce procédé est efficace lorsque les chutes de pierre résultent du déchaussement de blocs enchâssés dans une matrice plus fine soumise à l’érosion.
-
Reboisement de versant : ce procédé contribue à long terme à la fixation générale des sols et à la diminution des phénomènes d'érosion. Les fûts des arbres peuvent jouer un rôle d'obstacle sur la trajectoire des pierres. Dans certains cas cependant, les racines peuvent avoir un rôle désorganisateur des masses rocheuses, d'une part par effet de coin , d'autre part par effet de levier avec l'aide du vent.
-
Perrés : ce procédé peut être utilisé pour la protection des tranchées rocheuses lorsque la roche est gélive (maçonnerie liée, d'une épaisseur d'au moins 0,30 m environ et liaisonnée avec la roche au moyen de boutisses ou de scellements ; éléments spéciaux préfabriqués ; parois coulées en place). Les eaux doivent être soigneusement collectées et évacuées (prévoir des barbacanes).
-
Béton projeté : ce procédé peut être utilisé lorsque la roche ne comporte pas de fraction argileuse notable. L'enduit doit être armé (grillage, treillis soudé ou autres procédés) et fixé à la paroi par des épingles scellées ou des boulons d'ancrage (Fig. 32 - page 59). Le béton est projeté en plusieurs passes jusqu'à une épaisseur minimale de 0,05 m environ sur les points les plus saillants de la paroi. En cas d'infiltration d'eau, il convient de veiller tout particulièrement à l'écoulement de celle-ci, en raison notamment du risque d'éclatement dû au gel.
Nota : quelquefois, on se contente de colmater par du béton projeté les seules parties désagrégées, sans utilisation d'armatures.
58
719 R
1
2 3
4
1 Béton projeté
3
Barbacanes
2 Ancrages
4
Drains subhorizontaux
Fig. 32 - Exemple de protection par béton projeté Pilier de soutien
Ce procédé s’applique aux masses rocheuses en surplomb et dont la partie instable est clairement délimitée (Fig. 33).
Fig. 33 - Exemples de piliers de soutien
59
719 R
Ancrages
-
Ancrage précontraint : ce procédé (Fig. 34) nécessite une bonne connaissance du massif dans lequel le scellement AB est réalisé.
-
Ancrage non précontraint : les massifs rocheux (Fig. 35) présentant des surfaces de discontinuité nettement individualisées constituent le domaine d’application des ancrages non précontraints. Les longueurs d’ancrage de plusieurs mètres peuvent être réalisées avec un matériel léger.
1
4
2 A A
B
B
3 5
1 Tirant injecté
4
Surface de rupture profonde
2 Poutre de répartition de l’effort
5
Surface saine
3
Support éventuel
Fig. 34 - Exemple d’ancrage précontraint
1
2
3
1 Ancrage passif 2 Surface de rupture profonde 3
Roche saine
Fig. 35 - Exemple d’ancrage non précontraint
60
719 R
3.2.3.4 -
Cavités et fontis sous voie
Le type de traitement des cavités et fontis dépend de la nature (origine et évolutivité) des désordres. On distingue :
Les désordres d'origine naturelle Ces désordres se produisent dans certaines couches géologiques susceptibles de dissolution par l'eau de circulation (gypse, sel gemme, terrains calcaires, etc.). Il y a création de cavités qui, par effondrements successifs, évoluent vers la surface (fontis et dolines). La dissolution est accélérée par certains facteurs liés à l'industrialisation et à l'urbanisation (pompages industriels, par exemple). Si les zones comportant des sols sensibles à la dissolution sont en général connues, par contre les cavités elles-mêmes sont très difficiles à détecter. Lorsqu'une zone sensible se manifeste (par exemple, par l'apparition d'un fontis), il convient de délimiter les zones à désordres potentiels : -
par interprétation des informations existantes et des données géologiques,
-
par photo-interprétation ou examen d'archives photographiques,
-
par campagne géophysique éventuelle (sismique, électrique, gravimétrique, radar ou rayonnement γ),
-
puis de réaliser des sondages régulièrement espacés tout le long des tronçons critiques de plateforme.
La méthode de traitement la plus courante est l'injection. Celle-ci s'opère, entre autres, à partir des trous de sondage visés ci-avant. Il convient de noter soigneusement les quantités injectées en chaque point d'injection et au fur et à mesure de la remontée du tube d'injection. Les fontis eux-mêmes sont comblés gravitairement avec un matériau insensible au tassement ; il y a lieu d'éviter de constituer, par la seule utilisation d'un matériau trop perméable, un drain vertical générateur d'autres désordres ultérieurs : le remplissage en pa rtie supérieure doit être effectué avec des matériaux évitant l'entrée des eaux zénithales (béton, mortier de ciment ou autre mélange) et dont la mise en oeuvre s'effectue quelquefois avec vibration. Dans le même ordre d'idée, il y a lieu de vérifier l'étanchéité des ouvrages de collecte et de transit d'eau aux abords de la plate-forme. Dans les cas très difficiles, on peut être conduit à modifier le tracé des lignes ou à prévoir sous voie des tabliers répartiteurs de charge.
Les désordres d'origine artificielle Ils concernent, en général, d'anciennes carrières, mines ou sapes de guerre. Lorsque ces ouvrages sont connus et visitables, il convient : -
d'une part, de vérifier périodiquement la bonne tenue des galeries et de leurs soutènements,
-
d'autre part, d'effectuer les renforcements nécessaires.
Lorsque tel n'est pas le cas, ils peuvent s'effondrer brutalement ou subir des tassements. Le remède recommandé est le comblement ou l'injection.
61
719 R
3.2.3.5 -
Divers
Dunes de sable La maîtrise des mouvements du sable et de l'évolution des dunes nécessite de connaître avec précision le régime des vents dominants dans le voisinage des voies concernées. Les différents traitements préventifs dépendent des conditions locales ; on peut mentionner : -
les écrans (avec répartition adaptée des parties pleines et vides),
-
les plantations de végétation type "marram grass" ou autres espèces,
-
l'arrosage avec émulsions diverses à base d'huile ou de bitume (ce qui permet le développement de la végétation).
Coulées de boues (mélange d'eau et de matériaux d'érosion fins et gros) On peut tenter d'empêcher le déclenchement de ces coulées de boues grâce à des mesures de drainage, de plantation d'arbustes et d'arbres et à des ouvrages d'endigage.
Avalanches en montagne Les mesures appropriées sont la plantation de forêts sur les versants, les ouvrages de protection da ns les zones de formation d'avalanches et les ouvrages de protection des voies.
Tempêtes de neige Pour parer aux tempêtes de neige sur les sections de voie menacées, il convient de planter des haies ou d'installer des merlons ou des clôtures à une distance appropriée de la voie. Cela permet de retenir la neige qui se dépose avant d'atteindre la voie. En situation extrê me, des galeries spéciales sont parfois nécessaires.
Inondations et érosion près des cours d'eau et des lacs La plate-forme ferroviaire peut être protégée contre les inondations et l'érosion par des ouvrages tels que : -
enrochements,
-
perrés,
-
palplanches,
-
dispositifs contre le batillage,
-
endigages,
-
etc.
Il faut retenir ou barrer les torrents de telle sorte que les matériaux charriés soient retenus et que l'énergie cinétique de l'eau soit réduite.
62
719 R
3.3 - Maintenance des couches d'assise 3.3.1 -
Généralités
Les opérations de maintenance sont conduites en fonction de trois paramètres ci-après : -
la nature du trafic (charge par essieu, tonnage circulé, vitesse),
-
la qualité géométrique de la voie compatible avec ce trafic,
-
le coût de maintenance nécessaire pour assurer cette qualité géométrique.
Pour mettre en oeuvre de façon rationnelle la politique de maintenance, il est nécessaire : -
de bien comprendre les facteurs intervenant dans la dégradation de la voie (voir point 3.3.2),
-
de distinguer les zones selon la fréquence des interventions nécessaires sur le nivellement. A cet égard, la SNCF a défini une notion de "coefficient d'entretien d'assise" précisée à titre indicatif au point A.1 - page 73 ; l'étude peut être menée de façon systématique statistique comme indiqué au point 3.3.3.1 - page 66 et aux points A.2 - page 74 et A.3 - page 75,
-
d'analyser les problèmes de plates-formes sous l'aspect géotechnique de façon systématique comme cela se pratique à la DB, à la DR, aux MAV de même qu'aux CFF/SBB (voir point 3.3.3.2 - page 66 et Annexes B - page 79, C - page 81 et D - page 87).
Ces annexes sont des compléments précisant le point de vue des différents Réseaux.
3.3.2 3.3.2.1 -
Facteurs déterminants Les propriétés mécaniques des couches d'assise
La qualité des couches d'assise influe sur la tenue du nivellement de la voie : -
par la qualité mécanique de chacune des couches. Chacune de ces couches peut, s'il y a lieu, être identifiée par des essais appropriés ; les paramètres d'identification doivent permettre une évaluation de la qualité et du degré de pollution des couches (classe QSi du tableau 3 - page 15). On compare ensuite aux souhaits exprimés au point 2.6 - page 32 pour les couches d'assise,
-
par la plus ou moins grande compatibilité des couches entre elles : écran vis-à-vis des fines de la plate-forme. A cet égard, les règles de compatibilité sont évoquées au point 2.6.
Pour palier une insuffisance notoire de qualité des couches d'assise, il est possible soit : -
dans les cas graves, de substituer totalement ces couches (voir point 3.3.4.1 - page 67),
-
plus généralement, d'estimer la portance du système "plate-forme - couche intermédiaire" (assimilée à une sous-couche) selon les règles du tableau 4 - page 16, et d'améliorer les couches d'assise conformément au dimensionnement de la figure 9 - page 30.
Bien entendu, il faut faire en sorte que, lors d'un renouvellement de ballast, la couche éventuelle interposée entre ballast et plate-forme soit maintenue dans son intégralité et non dangereusement amincie, voire même supprimée.
63
719 R
3.3.2.2 -
Le fonctionnement hydraulique des couches d'assise
Le fonctionnement hydraulique des couches d'assise a plus de chance d'être satisfaisant lorsque : -
le ballast repose sur une "sous-couche" correctement pentée transversalement vers des dispositifs de collecte longitudinaux (déblai) ou vers l'extérieur (remblai). Cela se trouve compromis lorsqu'il y a pollution du ballast (soit par attrition de celui-ci, soit par appo rt de pollution extérieure, soit par remontée des fines de la plate-forme), lorsqu'il y a déformation de l'assise, ou lorsque le pentage transversal initial était mauvais et non dirigé vers un organe de collecte ;
-
la sous-couche est suffisamment dense pour diminuer l'infiltration de l'eau dans la plate-forme ;
-
la sous-couche a la possibilité elle-même de s'essorer transversalement vers les dispositifs de collecte ou vers l'extérieur. Cela se trouve compromis lorsque la sous-couche elle-même est polluée outre mesure et déformée transversalement.
Le mauvais fonctionnement hydraulique, qui se manifeste non seulement par une tenue anormale du nivellement mais également par des remontées boueuses peut s'améliorer : -
lors des opérations courantes d'entretien par épuration manuelle des cases concernées (en pentant transversalement vers les dispositifs de collecte ou vers l'extérieur) et en créant s'il y a lieu un dispositif de drainage longitudinal complémentaire (Fig. 36) ;
1
2
1
1 Traces de pollution 2 Fond de dégarnissage des cases 3
2
Dispositif drainant à créer
1
2
3
Fig. 36 - Epuration manuelle de cases au droit de fonds de bateau
64
719 R
-
lors des renouvellements, en essayant de penter correctement dans le sens transversal le fond de dégarnissage. Cette opération est simple pour les voies en aligneme nt (hormis éventuellement le cas où le niveau de la piste est supérieur au niveau du dégarnissage) mais peut présenter des difficultés dans le cas des voies en fort dévers. Dans ce dernier cas, en effet, la possibilité de régler le fond de fouille du dégarnissage selon une pente transversale différente du dévers que présente la voie avant travail est limitée par les caractéristiques des dégarnisseuses actuelles. Par ailleurs, l'obtention en une seule passe de dégarnissage mécanique, d'une pente de fond de fouille différant sensiblement du dévers préexistant, amène les difficultés suivantes : • nécessité d'établir des rampes de raccordement d'autant plus longues que la différence est plus grande, • nécessité sur les lignes électrifiées, de tenir compte en même temps de la position des fils de contact, • risque quasi certain d'attaquer dangereusement, voire de supprimer la sous-couche.
Ces raisons conduisent à donner au fond du dégarnissage, lors des travaux de renouvellement, une pente transversale ne s'écartant pas notablement du dévers existant. Il s'ensuit que, lorsqu'on renouvelle une voie d'une ligne à double voie, la pente transversale du fond de dégarnissage de la voie extérieure est en général dirigée vers l'entrevoie. Dans ce cas, si le ballast an cien conservé est colmaté, il convient de prendre des dispositions tendant à empêcher l'eau de séjourner dans la zone d'entrevoie. Ces dispositions peuvent consister : -
lorsque c'est possible, à réaliser un pentage vers l'accotement sous réserve de s'être assuré que la sous-couche ou la plate-forme soit préservée. Pour faciliter ce travail, on peut, dans certains cas, réduire le dévers immédiatement avant le dégarnissage. Pour réaliser ce pentage il est également possible de relever la voie, s'il existe un risque de destruction de la sous-couche ou de la plate-forme ;
-
dans le cas contraire, installer un drain d'entrevoie, voire, si la situation l'exige, prévoir un assainissement qui devra être réalisé avant le renouvellement.
Si nécessaire, on peut disposer un géotextile verticalement dans l'entrevoie pour protéger le ballast renouvelé du ballast pollué de la voie voisine.
3.3.2.3 -
Les effets du gel
Lorsque le ballast ou la sous-couche deviennent sensibles au gel, ou lorsque le front de gel pénètre dans une plate-forme en sol sensible, des désordres de nivellement inacceptables peuvent se produire (soulèvement en période de gel et chute de portance lors du dégel). Il convient, avant de définir les travaux de protection les plus adaptés (voir point 3.3.4.3 - page 68), d'effectuer : -
un levé exact de la zone critique,
-
une évaluation des soulèvements (nivellement des dessus de traverse à effectuer en hiver puis en été),
-
des sondages d'identification des couches sensibles au gel,
-
des relevés piézométriques.
65
719 R
3.3.2.4 -
La fatigue de la plate-forme
La sollicitation à la fatigue d'un sol de plate-forme dépend : -
des caractéristiques du trafic,
-
des caractéristiques du châssis de voie,
-
de l'épaisseur et des caractéristiques des couches d'assise,
-
des caractéristiques de la plate-forme.
Lorsque la sollicitation est "admissible", c'est-à-dire lorsque l'épaisseur "ballast + sous-couche" est au moins égale à la valeur évoquée au point 2.4.2 - page 29, on ne doit pas s'attendre à une déformation notable de la plate-forme sous les circulations (sous réserve que les règles d'anticontamination et de bon fonctionnement hydraulique visées aux points 3.3.2.1 - page 63 et 3.3.2.2 - page 64 soient assurées). On indique au point A.2 - page 74 une méthode établie par la SNCF permettant d'évaluer les augmentations nécessaires d'épaisseur des couches d'assise suivant la valeur constatée du "coefficient d'entretien d'assise" défini au point A.1 - page 73.
3.3.2.5 -
Influence de la rigidité sur la maintenance
La caractéristique principale pour la bonne tenue de la voie est la rigidité de l'ensemble "sous-couche + plate-forme" qui dépend de sa portance. La réalisation de couches d'assise conformément aux recommandations de la figure 9 - page 30 est une optimisation. Une portance, et donc une rigidité, de l'ensemble "sous-couche + plate-forme" trop faible se traduit par une augmentation des travaux d'entretien et de maintenance du ballast et du nivellement. Une rigidité trop forte (par exemple, par traitement au ciment) peut provoquer pour des charges d'essieu et pour des vitesses élevées une destruction plus rapide du ballast et la réduction du confort.
3.3.3 3.3.3.1 -
Méthodologie des études de maintenance des couches d'assise et de la plate-forme Enquête systématique basée sur une étude statistique des opérations d'entretien effectuées
La connaissance statistique précise de la fréquence des interventions sur le nivellement, associée aux observations visuelles effectuées (remontées boueuses, fonctionnement des dispositifs de drainage, etc.) fournit des indications précieuses quant aux choix des techniques de maintenance courantes. La méthodologie des études de maintenance des couches d'assise et de la plate-forme en usage à la SNCF est établie dans cette optique ; elle est décrite au point A.3 - page 75.
3.3.3.2 -
Enquête systématique à caractère géotechnique
En général, les Réseaux établissent les études de maintenance des couches d'assise et de la plateforme à partir d'investigations systématiques à caractère gé otechnique. Des exemples de tels processus d'étude sont indiqués aux Annexes B - page 79 (DB et DR) et D - page 87 (CFF/SBB).
66
719 R
3.3.4 3.3.4.1 -
Les opérations localisées Amélioration de la portance
On énumère ci-après en les commentant divers procédés d'amélioration de la portance.
Renforcement de sous-couche lors du renouvellement Le renouvellement de la voie s'opère comme suit : -
dégarnissage avec pentage transversal vers l'extérieur ou vers les dispositifs de drainage longitudinaux,
-
mise en oeuvre d'une couche de grave d'au moins 0,15 m d'épaisseur, elle-même pentée transversalement,
-
reballastage en cherchant à relever la voie de façon à limiter le plus possible la profondeur de dégarnissage.
Ces mesures, pour être durables, doivent s'accompagner d'une mise en état ou de la création, s'il y a lieu, de dispositifs longitudinaux de drainage et de transit (voir point 2.8 - page 34).
Substitution complète des couches d'assise Diverses techniques sont utilisées : -
Mise en oeuvre d'une sous-couche classique en granulats Il n'y a pas de différence de principe avec les lignes nouvelles (Fig. 9 - page 30). Cependant, les possibilités réelles d'excavation peuvent nécessiter une minimisa tion des épaisseurs. A cet égard, les épaisseurs "ballast + sous-couche" peuvent être réduites dans une certaine mesure.
-
Imperméabilisation par géomembrane ou couche bitumineuse étanche Ce procédé ne peut être utilisé que lorsque les conditions hydrogéologiques et hydrologiques sont bonnes (voir point 1.3.1 - page 14). Il permet une réduction d'épaisseur des couches d'assise. Cette épaisseur peut être établie par assimilation aux épaisseurs de la figure 9 ; cependant, on considère qu'après imperméabilisation, une plate-forme de classe initiale de portance P1 devient une plate-forme de classe P2. L'expérience a montré qu'il est nécessaire de disposer sous la géomembrane ou la couche bitumineuse une couche en matériaux drainants.
-
Emploi de matériaux traités Différentes méthodes sont utilisées : • Utilisation de grave-ciment : Des essais ont été effectués par divers Réseaux (DB, ÖBB, CFF/SBB) ; ils se sont révélés, sur voies fortement chargées, peu concluants ; des fissures sont apparues dans la grave-ciment accompagnées d'un phénomène de pompage.
67
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• Utilisation de sable chaulé Il est nécessaire d'interposer, entre la couche traitée et le ballast, un matelas de grave non traitée. Cette couche de grave non traitée protège le sable chaulé vis-à-vis de l'agression du ballast et aussi des eaux d'infiltration. De plus, elle doit conférer à la structure d'assise une épaisseur suffisante eu égard à la tenue du sol sous-jacent. -
Amélioration des plates-formes par traitement aux liants hydrauliques Certains Réseaux (DB, DR, etc.) utilisent également des couches de sol traitées en place à la chaux avec apport d'une couche de grave sus-jacente d'au moins 0,15 m d'épaisseur.
-
Renforcement des plates-formes en sols organiques Le traitement classique de ces plates-formes s'opère au cours de l'entretien courant en compensant les tassements permanents par des relevages de voie correspondants. Le rechargement doit également être exécuté de part et d'autre de la voie (y compris éventuellement l'aménagement de banquettes de pied de talus) de façon à éviter un tassement ultérieur dissymétrique générateur de gauche. Afin de réduire les tassements et les vibrations élastique,s il peut être recommandé d'utiliser un matériau compacté de faible densité. Toutes ces techniques de rechargement ont été étudiées de façon approfondie, notamment par les Réseaux des Pays Nordiques, les ÖBB, les CFF/SBB, la SNCF.
Remarque : Des méthodes d'amélioration de la plate-forme des lignes existantes font l'objet de la fiche UIC n° 722 (voir Bibliographie - page 95).
3.3.4.2 -
Drainage
La conception des dispositifs d'assainissement disposés de part et d'autre de la voie est évoquée au point 2.8 - page 34.
3.3.4.3 -
Mise hors gel
On énumère ci-après, en les commentant, divers procédés de mise hors gel : -
Epuration du ballast L'épuration du ballast pollué suffit dans les cas où les couches sous-jacentes ne sont pas incriminées.
-
Remplacement de la sous-couche Si la couche intermédiaire entre la plate-forme et le ballast (soit couche constituée d'un mélange ancien de ballast, de matériaux divers et de sol, soit véritabl e sous-couche) est sensible au gel ou d'épaisseur insuffisante, on excave et on substitue par un granulat insensible. La profondeur de cette substitution est dimensionnée à partir des indications de la figure 10 - page 32. Certains Réseaux utilisent des coefficients minorateurs selon l'importance de la ligne.
68
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-
Relèvement de la voie Cette possibilité de relever la voie est cependant limitée (déclivités, ponts, tunnels et caténaires). Ici encore, le diagramme de la figure 10 peut aider à la détermination de la hauteur souhaitable de relevage. Si ce relevage est obtenu simplement par augmentation de l'épaisseur de ballast, il y a lieu de considérer que les valeurs obtenues à partir du diagramme sont inférieures à la réalité ; en effet, la chaleur latente de fusion des matériaux humides "pierre cassée" est plus faible que celle de la "grave" humide. A noter par ailleurs que certains Réseaux limitent, pour des raisons de stabilité sous circulations, l'épaisseur maximale de la couche de ballast.
-
Mise en place, sous le ballast, de plaques en matériau isolant synthétique Dans le cas où le relevage est impossible ou ne peut atteindre une valeur suffisante pour isoler efficacement, et dans le cas où un remplacement s'avère trop coûteux, on peut utiliser des plaques en matériaux à très faible conductivité thermique. Le matériau actuellement le plus utilisé à cette fin est la mousse de polystyrène extrudé 1, qui est produit en plaques de différentes épaisseurs. Les spécifications sont indiquées dans le tableau ci-après :
Charge par essieu (kN)
< 200
200 à 220
> 220
Masse volumique sèche (kg/m3)
30 à 35
35 à 40
40 à 50
≤ 1 % à
≤ 1 % à
≤ 1 % à
0 kPa
0 kPa
0 kPa
≤ 5 % à
≤ 5 % à
≤ 5 % à
350 kPa
400 kPa
450 kPa
≥ 250
≥ 350
≥ 450
Déformations limites
Contrainte de rupture (kPa)
Ces spécifications doivent être obligatoirement respectées lorsque les plaques d'isolation, de largeur 4,00 m, se trouvent à 0,30 m sous la face inférieure de la traverse. Elles sont impératives lorsque la profondeur est plus grande. Les plaques d'isolation doivent être placées à au moins 0,30 m sous traverses. L'épaisseur des sous-couches peut être évaluée selon le diagramme de la figure 37 - page 70. Il convient de toujours disposer une couche filtrante de grave ou un géotextile sous les plaques d'isolation. Pour éviter le poinçonnement, ces dernières doivent être recouvertes d'au moins 50 mm de sable non gélif, sinon l'épaisseur des plaques est à augmenter d'au moins 10 mm. L’isolation doit se faire si possible en deux couches, décalées, de manière à ce que les joints ne coïncident pas (voir Fig. 38 - page 71) ; sinon, les plaques comportent des dispositifs d’emboitement. Les raccordements aux extrémités d’une voie isolée doivent être réalisés avec le plus grand soin. On en voit un exemple sur la figure 38. 1.
La mousse de polystyrène extrudé est un matériau plastique dans lequel de la mousse à l'état plastique est introduite en cours de fabrication avant que le matériau ne soit extrudé. Le matériau a de ce fait une partie médiane continue solide de résine thermoplastique et présente une résistance suffisante pour supporter le ballast sans contrainte excessive. Ce matériau ne doit pas être confondu avec le polystyrène expansé.
69
719 R
2
1 Ballast
0,5 m
1
2 Couche de protection en polystyrène extrudé
hi 2m
3 Grave
hs
3
4 °C
hi = 30 mm
hi = 50 mm 0 °C
1 °C 5 °C 0,80 2 °C m m n e s h e h c u o c s u o s e d r u e s s i a p E
Température annuelle moyenne 1 °C
hi = 0 0,50
3 °C
4 °C
hi = 100 mm -1 °C 2 °C -0,5 °C
0,40 5 °C
3 °C
0 °C
0,5 °C 1 °C
0,20 4 °C
1,5 °C
1 000 1 500 500 Indice de gel en degrés-jours
2 000
2 500
Fig. 37 - Epaisseur de la sous-couche h s en grave en fonction de l’indice de gel et de la température annuelle moyenne concernant l’année de référence pour différentes épaisseurs h i de masse de polystyrène extrudé
70
719 R
Vue en plan
19,2 m
4,0 m
Cross-section 0,6 m
Zone non isolée
0,6 m
0,6 m
8 . 0,6 m e = 20 mm
8 . 0,6 m e = 30 mm
8 . 0,6 m e = 20 mm 0,6 m 8 . 0,6 m e = 20 mm
8 . 0,6 m e = 30 mm 0,6 m 8 . 0,6 m e = 30 mm
Raccordement d’une zone isolée à une zone non isolée
40 mm 0,6 m
40 mm
Zone isolée
Fig. 38 - Vue en plan et en coupe transversale de la transition entre une zone non isolée et une zone isolée avec des plaques de 4 m x 0,60 m et de 40 mm d’épaisseur
-
Mise en place sous le ballast d'un lit de traverses de rebut ou de plaques de tourbe comprimée Les lits de traverses en bois ont un effet isolant considérable. Ils peuvent être disposés à faible profondeur sous le ballast, en raison de leurs bonnes caractéristiques mécaniques. Sur les lignes secondaires, des plaques de tourbe comprimée peuvent être utilisées. Dans le cas de la présence de limon ou de sable limoneux dans la plate-forme, un géotextile filtrant peut être utilisé pour éviter la remontée entre les joints du lit de traverses. Cela n'est pas nécessaire lorsqu'il s'agit de plaques de tourbe.
3.4 - Contrôle de la végétation dans les plates-formes ferroviaires Les réflexions sur la protection de l'environnement conduisent les Réseau x à repenser l'utilisation des herbicides telle qu'elle se pratique actuellement pour le contrôle de la végétation. Celui-ci n'est pas limité au seul ballast mais se pose également pour les pistes, les talus et les dispositifs de drainage. Pour des raisons de sécurité de service et de coût d'entretien, le développement de la végétation doit être contrôlé à intervalles réguliers, du moins sur les lignes à fort trafic. Le drainage correct des couches d'assise et de la couche de forme est un bon moyen pour les protéger du développement de la végétation. Les herbicides sont à utiliser en dosage minimal, les conditions météorologiques doivent être appropriées (dans la mesure du possible : travaux de jour, absence de vent et de pluie). Les herbicides doivent être testés et homologués par les autorités responsables. Des contraintes supplémentaires peuvent réglementer l'utilisation d'herbicides en zone d'aménagement spécial ou de protection de nappe. Lorsque, par des soins appropriés (coupe régulière par exemple), la végétation est limitée au seul gazon sur une bande d'environ 3 m de part et d'autre des voies, le développement de la végétation vers
71
719 R
les voies est réduit. On peut également empêcher la formation de végétation en réduisant à proximité des voies l'offre en substances nutritives. Le développement de la végétation dans la voie peut être réduit par la mise en oeuvre d'une couche d'asphalte sous le ballast et sur les pistes et les accotements.
72
719 R
Annexes
Annexe A - Exemple de méthodologie des études de maintenance des couches d’assise par la SNCF A.1 - Notion de "coefficient d'entretien d'assise" k Entre deux renouvellements successifs, le coût des travaux d'entretien du nivellement n'est pas constant mais varie de façon monotone croissante. Ce coût peut dépendre considérablement de la qualité de la fondation (couches d'assise et plate-forme) de la voie : ce phénomène bien connu est mis en évidence par les différences constatées quant aux nombres des opération s d'entretien du nivellement sur des tronçons de même âge, de même type de superstructure supportant des trafics équivalents. Pour une catégorie de trafic donnée et sur un réseau donné, il est possible d'évaluer statistiquement le nombre moyen annuel (lm) d'interventions sur le nivellement en fonction de l'âge (N) de la voie. On obtient ainsi (figure 39 - page 74) une courbe d'évolution moyenne : lm = f(N) Sur un tronçon particulier de voie, le nombre d'interventions (l) pour un âge donné (N) peut différer de la valeur moyenne (lm). Il est commode à cet égard (figure 39) de définir un facteur k appelé coefficient d'entretien d'assise et tel que : l k lm =
-
Ce coefficient vaut par définition 1 dans le cas moyen, mais peut atteindre une vale ur de 10 (et même plus) dans le cas d'une fondation très mauvaise. A noter que, lorsque I dépasse un certain seuil Is (figure 39), la qualité géométrique de la voie ne peut plus être en toute rigueur assurée pour des raisons diverses (impossibilité d'intervenir en période de chaleur sur zones en longs rails soudés par exemple) ; il y a alors nécessité d'effectuer certains travaux autres que les seules interventions sur le nivellement, de façon à tenter de réduire la valeur de k.
73
719 R
Annexes k = 10 k=9 k=8 k=7
Nombre annuel d’interventions sur le nivellement
I
k=6 k=5
10 k=4
k=3 Is 5
k=2
Courbe moyenne pour une catégorie de trafic donné sur le réseau considéré
k=1
Im = f(N)
k = 1/3 0
0
10
5
15
20
25
Décision de renouvellement
Renouvellement
Age de la voie Renouvellement
Fig. 39 - Lignes à renouvellement systématique : évolution du nombre annuel d’interventions sur le nivellement (exemple relatif aux lignes des Groupes UIC 1 à 3 définis dans la fiche UIC n° 714)
A.2 - Augmentation d’épaisseur des couches d’assise nécessaire en fonction de la valeur du "coefficient d’entretien d’assise" k Lorsque l’épaisseur "ballast + sous-couche" est faible, on constate (figure 40) une relation entre l’épaisseur "ballast + sous-couche" et le "coefficient d’entretien d’assise" k. Ceci est observé même lorsque les règles d’anticontamination et de bon fonctionnement hydraulique sont assurées. "Coefficient d’entretien d’assise" k 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
Epaisseur de couche d’assise (m)
Fig. 40 - Variation de l’épaisseur de couche d’assise en fonction du "coefficient d’entretien d’assise" k
74
719 R
Annexes Les courbes représentatives dépendent du trafic des lignes (selon classement de la fiche UIC n° 714) (voir Bibliographie - page 95) de la charge nominale maximale d’essieu des véhicules remorqués et des caractéristiques des plates-formes. Il est possible de réduire la valeur de k en augmentant l’épaisseur des couches d’assise (en relevant la voie, par exemple) comme indiqué, à titre d’exemple, sur la figure 41.
Variation de l’épaisseur (m) 0,50 0,40
k futur
0,30 0,24 0,20
0,5
0,10
1
0,00
2,5
-0,10
5
-0,20
10
-0,30 -0,40 -0,50
0
1
2 2,5 3
4
5
k initial
6
7
8
9
10
Fig. 41 - Influence d’une modification d’épaisseur des couches d’assise
A.3 - Méthodologie des études de maintenance des couches d’assise sur les lignes importantes (lignes à renouvellement systématique) Par un relevé minutieux des interventions de nivellement, on peut connaître à tout moment la valeur du "coefficient d’entretien d’assise" k d’une voie donnée. Cette valeur est déterminante, ainsi que les observations faites d’autre part lors des tournées (plages boueuses, fonctionnement des dispositifs de drainage et de collecte) pour ce qui concerne les dispositions à prendre : -
en entretien courant,
-
en opérations localisées éventuelles,
-
en renouvellement.
75
719 R
Annexes k<1 (couches d’assise correctes)
-
Entretien courant : Pas de dispositions particulières ; l’entretien doit pouvoir s’effectuer par bourrage mécanique lourd. Il convient cependant de surveiller et entretenir les dispositifs de drainage et de collecte.
-
Renouvellement : Eviter de dégarnir profondément (ne pas dégarnir à une profondeur supérieure à l’épaisseur de ballast existante). Penter correctement le fond de dégarnissage. Apporter une couche de ballast sain d’épaisseur suffisante en fonction de l’armement et du trafic futurs.
1 < k < 2,5 (couches d’assise légèrement sous-dimensionnées)
-
Entretien courant : Dans la mesure du possible, effectuer par apport de ballast, des relevages successifs pour ramener le "coefficient d’entretien d’assise" k à une valeur inférieure à 1.
-
Renouvellement : Toutes les dispositions prévues ci-dessus pour un coefficient k < 1 restent valables ; il convient cependant de s’attacher plus particulièrement ici à vérifier la bonne qualité des sous-couches. Le renforcement pour obtenir un coefficient d’entretien d’assise k futur inférieur à 1 est indispensable.
2,5 < k < 5 (couches d’assise sous-dimensionnées et présomption de mauvaise qualité de la souscouche et du mauvais fonctionnement hydraulique)
-
Entretien courant : La situation 2,5 < k < 5 ne peut être prolongée sans compromettre de façon irréprochable la qualité des couches d’assise. Il y a lieu, par sondages, d’examiner le fonctionnement et la qualité des couches d’assise. Selon les résultats de ces investigations, on peut être amené à : -
effectuer un relevage pour obtenir un coefficient d’entretien d’assise k futur acceptable ;
-
créer ou améliorer le système de drainage et de collecte des eaux ;
-
refaire de nouvelles structures d’assise bien drainées.
76
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Annexes -
Renouvellement : Dans les zones où, par entretien courant, on a pu amener le coefficient d’entretien d’assise k à une valeur de l’ordre de 1, il y a lieu, lors du renouvellement, d’adopter les dispositions indiquées ci-dessus pour k < 1. Par contre, dans les zones où le coefficient d’entretien d’assise k n’a pu être diminué, il y a lieu d’envisager, avant renouvellement, une réfection des structures d’assise.
k>5 (couches d’assise sous-dimensionnées, mauvaise qualité ou inexistence de la sous-couche et mauvais fonctionnement hydraulique)
-
Entretien courant : Dès que, sur une évolution de plusieurs années et malgré les tentatives d’amélioration, une telle valeur de k se confirme, il y a lieu, après sondages, d’envisager la réfection des structures d’assise.
-
Renouvellement : La réfection des structures d’assise préalable s’impose.
77
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Annexes A.4 - Définition de la classe de qualité des sols à partir de la classification de la norme NF P 11 300 Classification de la norme NF P 11 300 Classe
A
Désignation
Sols fins
Classe de qualité des sols (voir tableau 3 - page 15)
Sous-classe
QS 0
QS 1
QS 2
A1
A1h
A1m & A1s
A1s B.C. Hydro. saison sèche
A2
A2h
A2m & A2s
A2s B.C. Hydro. saison sèche
A3
A3h
A3m & A3s
A4
A4h
A4m & A4sa
B2h
B2m
QS 3
B1 B2
B
C
Sols sableux et graveleux avec fines
Sols comportant des fines et de gros éléments
B3
Propre et bien gradué Dureté élevée
B4
B4h
B4m
B4s
Propre et bien gradué Dureté élevée
B5
B5h
B5m
B5s
B6
B6h
B6m
B6s B.C. Hydro.
C1 C2
La classe de qualité est celle de la fraction 0/50 fraction 0/50 de classe de qualité QS0 w ≥ 1,25 wopn
fraction 0/50 de classe de qualité QS0 w < 1,25 wopn
Sols insensibles à l’eau
D2
D3 Légende h: m: s: w: wopn : B.C. Hydro. Planche d’essai :
fraction 0/50 de classe de qualité QS1
Propre et bien gradué Dureté élevée
Assurer la traficabilité Planche d’essai
D1
D
B2s B.C. Hydro.
Dureté faible
Dureté moyenne
Propre et bien gradué Dureté élevée
Dureté faible
Dureté moyenne
Propre et bien gradué Dureté élevée
matériau classé humide (h) ou très humide (th) selon la norme NF P 11 300 matériau classé d’humidité moyenne selon la norme NF P 11 300 matériau classé sec (s) ou très sec (ts) selon la norme NF P 11 300 teneur en eau teneur en eau à l’optimum Proctor Normal bonnes conditions hydrologiques et hydrogéologiques planche d’essai obligatoire
a. Ne prend pas en compte les sols gonflants qui doivent faire l’objet d’une étude particulière.
78
719 R
Annexes
Annexe B - Exemple de déroulement des opérations d’amélioration d’amélioration de la plate-forme par la DB et la DR DR h / m k h / 0 h 6 m 1 / V k m e e 0 n < k s e 6 n V 0 s é 1 e l e 8 e y < v t i l i < e > o 0 b a V V é V m 8 f
N
) j 0 / 0 s t ( e T 0 0 n 5 g i c i t L f > r a r f o T T
e d U é t i l i m r o t s f i e N n ) u 2 ’ d ( ? t e 3 n m e r à i o r c f i f - u f e e e t i r o a é c l p e p a u L l s
5
0 0 0 0 5 < T 0 < 0 0 n 0 4 e e 0 l y 0 i 1 < o 4 b a T m 1 f
i l l b a a t m r r o é n e r ? s t r ê t e e l s l v i l r ? O a - n e i e r t - u e t e m t o - u t i e d n r e g c s e t s n s s s i l s l i o a f a e l a r l o p s p r a b é e p b a r r d d u e u a t r e L d p s u s a s i l s O l a , a 6 b m p ’ e c é l d 0 , r 2 s u e t e e n s d a s s t i u r a l o p p é ’ e p m L d i
t n e m e s s a l C
O s e d n ? t e e n i i r e t e m r a s e t n s s e e ’ s c i d é o r s n c e l c i r t a g i a a n t U h c é
1
4
O N
2 i 2 s t e s : t e r e i n i n e 1 t u i e 1 e i ’ a n f a r d s m s ’ u i r s a d s n d é n l n e m i a o v o e e r ’ a v d n e t i d r u r t s e d g e s t i a s e y t e n l n u o e o e r e a q m n u e C n u g e q m . e s r r r x u i e i v x e a e e t o u a n u l ’ l l s m n a a a b i s o e s é g e c s s é m m e d é t i é i l r e s t s e a t , t g a a i r a a r l s a o t s t u e u p d a t v n s t a r r ’ v e c n t n o r d t . s o n t u u e o e r c ê e e ’ o e e c n e h l s t h l s t s e e c s t n c d r e u n i m e e u u i r a u t d f a v u a v f o f o s o n u o c t c n - s é o o é r e d e i s s d p s e t t e s p u n m a a c u a s e l e e o o e c i L n s D l e n p é l n s s p x X E X X
N
? u a t i t e o r a d b n e e d r s a d p n l i o - f t - s a e Y d
5
3 2
O
N
4 O
2 - ? l x e u v a s i n s e r r e e u d s v s e t s n m u a r a t s f e é t d d e s s x t 5 e n e u a d e d i s n e m l i é - d e u r t t u t i n t N i s e g t i n s n g o n e l r n t o n e r n N O c e p e ? s ? e l l ) s m m e e ) 6 e e o e d l - t 1 s 9 r L c l t s e ( s n 1 r s e e e 8 u s r 1 o i m 2 e é c a r m h t o e u b r a f a ’ o o c 4 f e d t - n 5 e r a e i i e l t o 0 1 a o p a n l s v a O p l s N s l I e e e a o c d L s D ( é x d n u u A l a i - a 7 N t v e v s a r i E t n
1 n u u a ’ e d l é b a u t t i 6 t s 9 n 1 o c 8 l 1 i - ? N t s I e u D ) n ; 2 r E ( e g S e t , n m r e E r G o é f - I , e h t o a c S l , p n I G a o l n , e u W d i l a r S , o é s t W e a G L m (
0 1
2 1
X 5 X X 3 X X 2
X O 5
O
s l é o u s d e a r d g s e n e p i u b , o r ? t s g n s U r e S e d , é l h i - T t G o i c g , n a U o ’ S G n
N
1 1
3 1
? é t c e n p s o e l r e l s i l t e s g e e e d d n e r a r è t i r g c a s e a L C
n o i t e a l n l e i t m s a e t n t s o a c l i l t a n b a ’ d u a n t o r ? i e t i o é t d p c n p e o a c r r p a a s L p e r
e d U é t i l i m r o t s f i e n ) u 2 ’ ( d ? t e 3 n m e r à i o r c f i f - u f e e e t i r o l é c a p p e a u L l s
C 7
X X 2
X 5 N
X X 3
5 1
N
O
X X 3
e O 8 1 n n e y o ? m u M e o T s é v , é e L l e l u b i T d é a , a f é r t ? M i é c ) t i i U g t e c , n i i s l e t i a g s L l r b U a , t p ( a l p T e e A d e S s l T i d , t n - e l t i e - U s r t e p u s S , é l e T h r o o o l s g c o G s , l e u s L d e U o L G s
N
N
O
D 7
N
2
e é v e l é é t i ? c ) i t s 4 a e l p g e a p d l 6 i - 9 t s 1 e 8 l 1 o s N I e L D (
8
N
e t a ? l p e O a m l r e e d t t t r n u a o s c i f f à u u s v e é r g p a l n i i a r t s d e n u u o l ) i t ( - 2 e e t s m i r x o E f N
4
O 5
) 2 ( e ? m e r m o r f e - t e t t r a u l p o a c l à e d u v t é n r a p s l i i f f t u s s e e u g o a i l n t i a r e d t s i n x U e
X 5
4 1
X X 2
N
B 7
? é t c e n p s o e l r e l s i l t e s g e e e d d n e r a r è t i r g c a s e a L C
n t r o o i t p ? a p e n a é i t N c m r r e a a t p p n ) s o 2 e c ( r i t e n e l l a m ’ e r t d o s n f - e o e i t t i t s a d l l a n p l a X a b O o c l O 5 a e u L d a
O
9
6 1
X X 4 X X 2
N
X X 1
X X 4 X X 3 O X X 2
) - e é i o e r d v i i o n e o ( i v v t d e é d r n x r d n o p a x i e u t s e : m a u v s a a d e e a u v c r l h d c e é i t a t p c p s t i u o i r l ’ o s u s o a r n a s à v c i e a e i n e e c s e r h d a r é u v c r v v h n o u o x c u u r u e o a s e p o l r e a v e o s n p o à t t n e a r s n s e e d e e t e e C e t e d e s v . i s n i i s n i n s i t e e a h m m o m a l e c e m e i s e h r u c r m t r r o t t s o ê a ê a c ê r n c t d c p t i o i l o t i s i s o n e o ’ s u o e u o D p D à D d l c s n e o n 1 2 3 C u
e r i a s s e c é n s a p e p i c n i r p n e t s e ’ n
e r i a s s e c é n s a p t s e ’ n
4 5
X X 1 X O X 4 N X X 1 X 5 O
4 2
) 2 ( e ? m e r m r o e f e t t t r a u l p o a c l à e d u v t é n r a p s i l i f f t u s s e e u g o a l i n t i a r e d t s n i x U e
7 1
O X X 2
e l l e t s e t s a l l a b e l s u o s e c ? e n t a n t r a o i s p f f a u L s
9 1
X X 4 N
4
X X 2 X X 1
2
3
79
X X N 3
" . " e s e e " m m n h m u r r c o a u u d o d n l a f f - s o - l a c e e e e i t r a " - t p d s a d a p l r e m u l o m p p r E r u o " " " p " ) n u s e s u l e e i e a a d d n r a P l d é e e b e e n r " d a s e d r m t m p u r m e s . n e e l n a c t e l e e e t r l U s i i a e a t / m e n d f l r a r l e u a n l , d , n a i v l e u a s t e i o p o t r x é t l x s l r a e a r s g s t e i r o t e t t e l f i t e m n t n n r n e o n u t a o a c u c p x t r m s U d n e e n e a " ’ e o l s e c p ( s c t s f e n i é é s t s e r n r r t s m e n e c s p p r e a é e l a a ’ e e r d d r p d n t l ) ) 1 2
719 R
Annexes
Annexe Annexe C - Exemple Exemple de de définit définition ion des couches couches d’assise d’assise par les MAV Le processus de définition de la structure d’assise est représenté par un organigramme (Fig. 42 42). ). On désigne par E le module de déformation EV2 (1 MP MPa a = 1 MN/ MN/m m2).
1
2
9
3
10
4
12
11
5
6
13
7
8
Fig. 42 - Organigramme du processus de définition des couches d’assise
81
719 R
Annexes Explication de la figure 42 - page 81 1
-
Est-ce que la vitesse prévue est inférieure à 160 km/h ? Oui : suite 2 : Il s’agit dans la pratique de l’entretien des lignes existantes. Non : suite 9 : Il s’agit dans la pratique de la construction de lignes nouvelles.
2
-
Mesure du module de déformation (Et) de la surface de la plate-forme.
3
-
Choix du module de déformation (Es) nécessaire à la surface de la sous-couche (tableau 9 - page 83), prenant en considération :
4
-
-
la charge d’essieu (kN), le type de rail (kg/m), l’espacement des traverses (m), la vitesse admise et prévue (km/h),
-
la charge brute de la voie (106 t/an).
Choix du type de sous-couche (tableau 10 - page 84, colonne 3) prenant en considération : -
la profondeur de la nappe (m, tableau 10, colonne 5), d’autres particularités telles que procédés de construction, coût, etc.
5
-
Est-ce qu’on a choisi une structure d’assise avec géotextile ? Oui : suite 6. Non : suite 7.
6
-
Détermination de l’épaisseur (he) de la couche de grave remplacée par le géotextile (équivalence géotextile-grave), à partir de l’indice de plasticité (IP) de la plate-forme (tableau 11 - page 85).
7
-
Choix du module de déformation Ee (colonne 6 du tableau 10) le plus proche de Es (voir point 3 ci-dessus) prenant en compte le module de déformation E t existant à la surface de la plate-forme et la structure d’assise choisie.
8
-
Déterminer l’épaisseur de la couche de grave (colonne 4 du tableau 10) correspondant à la valeur Ee.
9
-
Définition du module de déformation (Et) de la surface de la plate-forme.
10
-
Comparaison d module de déformation Et de la surface de la plate-forme avec les prescriptions du tableau 12 - page 85.
11
-
Est-ce que le module de déformation Et est supérieur ou égal à E s (= 20 MPa) (tableau 12). Oui : suite 13, Non : suite 12 (ce cas ne se produit généralement que dans les déblais).
12
-
Détermination de la couche de forme rapportée éventuelle (figure 43 - page 86).
13
-
Réalisation de la structure d’assise conformément au tableau 12.
82
719 R
Annexes Tableau 9 : Module de déformation Es (MPa) nécessaire à la surface de la sous-couche Charge d’essieu
Type de rail
Espacement des traverses
Vitesse admise et prévue
kN
kg/m
m
km/h
Es (MPa)
1
2
3
4
5
60
0,60
100 < V ≤ 120 120 < V ≤ 140 140 < V ≤ 160
0,60
54
<7
34
7 - 11
30 35
11 - 18
18 - 25
25 - 30
37
33 38
29 34 38
27 31 36
24 27 32 37
24 28
0,70
60 < V ≤ 80
28
28
0,77
60 < V ≤ 80
30
31
0,60
40 < V ≤ 60 60 < V ≤ 80 80 < V ≤ 100 100 < V ≤ 120
21 25 28 33
22 25 29
22 26
0,70
40 < V ≤ 60 60 < V ≤ 80
25 29
25 29
26 30
0,77
40 < V ≤ 60 60 < V ≤ 80
27 32
28 32
29 33
60
0,60
80 < V ≤ 100 100 < V ≤ 120
27 31
28 32
28 32
54
0,60
80 < V ≤ 100 100 < V ≤ 120
30 34
30 35
30 35
210
48
225
60 < V ≤ 80 80 < V ≤ 100 100 < V ≤ 120 120 < V ≤ 140
Charge brute (106 t/an)
83
719 R
Annexes Tableau 10 : Sous-couche prévue et valeur de son module de déformation Ee (MPa)
Type
Variante
Schéma type de la structure d’assise
1
2
3
1.1
EpaisModule de déformation de la surface de la seur de plate-forme Et (MPa) Profonla deur de 7,5- 10,0- 12,5- 15,0- 20,9- 25,0couche la nappe 9,9 12,4 14,9 19,9 24,9 30,0 de -Hgrave Module de déformation nécessaire de la (m) -vsous-couche prévue Ee (MPa) (m) 4
Sous-couche en grave
1.2 1
31 cm
1.3 1.4
1
1.6 2.1 2.2
Sous-couche
Sous-couche en grave avec géotextile ) m (
2.3 2.4
e
2.5 2.6
31 cm
2.7 2
0,10
1
2.8
2
H
2.9 2.10
1
Grave
2.11
2
Géotextile
2.12
v
h e v a r g e l i t x e t o é g e c n e l a v i u q E
2.13
0,15
0,20
6
0,00
14
19
23
27
36
44
0,10
17
23
28
33
42
50
19
25
30
35
45
54
21
27
33
38
48
57
0,25
23
29
35
41
51
60
0,30
24
31
37
43
54
63
0,10
21
27
33
38
48
57
0,15
23
29
35
41
51
60
24
31
37
43
54
63
0,25
26
33
40
46
56
65
0,30
28
36
42
49
60
68
0,10
23
29
35
41
51
60
0,15
24
31
38
43
54
63
26
34
40
46
57
66
0,25
28
36
43
49
59
69
0,30
30
38
45
51
62
71
0,10
25
31
38
43
54
63
0,15
26
34
40
46
57
66
28
36
43
49
59
69
0,15 0,20
H
1
1.5
v
5
0,20
0,20
0,20
≥ 0,75
≥ 0,75
≥ 0,75
≥ 0,75
2.14
0,25
30
38
45
51
62
71
2.15
0,30
32
40
48
54
65
74
28
36
45
53
68
-
39
50
60
-
-
-
45
57
68
-
-
-
3.1
0,00
Sous-couche en asphalte de 0,12 m
3.2
≥ 1,50
0,20 31 cm
3
1
3.3
1
Asphalte
v
H
2 2
0,30
≥ 0,75
Grave
84
719 R
Annexes Tableau 11 : Equivalence géotextile - Couche de grave he Si IP > 25, he = 0,1 m Si IP ≤ 25, cf. tableau
Vitesse admise et prévue (km/h)
Charge brute de la ligne (106 t/an) 7 - 11 11 - 18 18 - 25 Epaisseur équivalente h e (m)
<7
40 < V ≤ 100 100 < V ≤ 120 120 < V ≤ 160
25 - 30
0,20 0,15 Tableau 12 : Module de déformation nécessaire Es (MPa)
Taux de compactagea
Epaisseur (m)
Module de déformation Es (MPa)
Ballast
0,30
≥ 120
"Sous-ballast" Partie supérieure de la sous-couche
0,20
≥ 80
≥ 0,95
Fondation Partie inférieure de la sous-couche
0,50
≥ 45
≥ 0,95
Couche de forme rapportée (si nécessaire)
h
≥ 20
Remblai ou terrain naturel
≥ 0,90
Observation
Dimensionnement selon la figure 43 page 86
≥ 0,85
a. Taux de compactage déterminé par rapport au Proctor Modifié
85
719 R
Annexes
kN/m2
45 10
20
30
40
50
60
70
80 90 100 110 120
0 0 3 , 0
Ballast
0 2 , 0
Sous-couche
0 5 , 0
Fondation
h
Couche de forme rapportée
0,50
1,00
1,50
Fig. 43 - Dimensionnement de la couche de forme rapportée
86
719 R
Annexes
Annexe D - Exemple d’assainissement de la plate-forme par les CFF/SBB D.1 - Profil type du corps de la voie C3 C2
B5 B3
C1
B4
C b2
B2
b1
B1 a
A
Fig. 44 - Coupe transversale schématique
Tableau 13 : Nomenclature et exemples
Couches
Superstructure
Infrastructure
Surfaces C
Exemples de matériaux usuels
C3
Rail
C2
Traverse
- Béton - Bois - Acier
C1
Ballast
- Roche dure concassée
B5
Couche "sousballast"
B4
Couche de fondation
- Grave I, II, 100, 120 - Grave CFF
B3
Couche anticontaminante
- Sable - Géotextile
B2
Terrain naturel amélioré (couche de forme)
B1
Remblai
A
Terrain naturel
b2
87
Surface de roule- (Niv. sup. rails) ment - Acier à rails
Plate-forme ferroviaire
b1
Plate-forme (ou plate-forme de terrassement)
a
Surface du terrain naturel
- Revêtements bitumeux - Agrégats minéraux
- Sol compacté - Matériaux de substitution - Stabilisation
719 R
Annexes D.2 - Planification D.2.1 -
Temps nécessaire
Année
X-4 Phase 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
D.2.2 -
X-3
X-2
X-1
X
Programme pluriannuel des réfections de la superstructure/Recherche des données de base Mandats d’études géotechniques Programme des sondages Exécution des sondages Essais en laboratoire Rapport géotechnique Projet de réfection Progr. de réfection de la superstructure Projet d’exécution Exécution des travaux de drainage Exécution des travaux de superstructure et d’infrastructure
Recherche des données de base
Les données de base servent aussi bien aux travaux de l’expert en géotechnique qu’à ceux du projeteur. Il faut les rassembler de la manière la plus complète possible pendant la phase 1 et les incorporer dans le mandat d’étude géotechnique.
Liste non exhaustive des informations constituant les données de base -
type de voie, charge du trafic, vitesse des trains (situation actuelle et future),
-
type de superstructure actuelle et future,
-
infrastructure actuelle et couches de protection,
-
type d’entretien et dépenses d’entretien,
-
types et zones de désordres (déformation, remontée de boues, gel),
-
enregistrement du wagon de mesures,
-
résultats des études antérieures ainsi que renseignements sur le sol de fondation des environs immédiats,
-
tracé actuel et futur de la ligne,
-
ouvrages actuels et futurs dans la zone des voies (drainages, traversées, passages à niveau),
-
possibilités de raccordement au système de drainage existant,
-
mesures d’assainissement entreprises jusqu’ici pour la voie adjacente et état actuel,
88
719 R
Annexes -
mesures d’assainissement prévues,
-
mode d’exploitation pendant les travaux de réfection,
-
plan des dispositions actuelles relatives à la protection des eaux.
D.2.3 -
Déroulement de l’étude
Etude géotechnique L’infrastructure satisfait aux exigences des voies nouvelles oui non La voie appartient au groupe 1 oui non Examiner la rentabilité assainissement/entretien accru Un entretien accru est rentable non
oui
Assainissement combiné avec la réfection totale de l’infrastructure
Pas d’assainissement
Mise hors service temporaire non
oui Assainissement possible comme pour travaux routiers non
Assainissement avec engins ferroviaires
oui En règle générale, il faut appliquer les instructions pour les voies nouvelles (apprécier les cas particuliers)
Appliquer les instructions du point D.4
Fig. 45 - Déroulement de l’étude
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Annexes D.3 - Assainissement par drainage La nécessité d'un assainissement de l'infrastructure doit être appréciée en s'appuyant sur le résultat d'une étude géotechnique de l'infrastructure existante, ainsi que sur la base des expériences faites lors de l'entretien du tronçon considéré. L'étude géotechnique fournit les bases décisionnelles permettant de : -
prendre les mesures nécessaires pour l'infrastructure,
-
déterminer le type de superstructure.
Une telle étude doit être entreprise chaque fois que : -
les conditions existantes ne sont pas claires,
-
des problèmes d'infrastructure apparaissent,
-
des difficultés sont susceptibles d'apparaître lors de l'accroissement de la sollicitation de la voie.
Le type d'infrastructure et le procédé de drainage utilisés sont en étroite corrélation. C'est pourquoi, chaque fois que l'on étudie un projet d'assainissement, il faut également examiner les conditions de drainage. Il faut prévoir la pose de collecteurs drainants lorsque : -
la voie n'est pas en remblai,
-
les sols sont sensibles à l'eau zénithale,
-
les fossés ou cunettes ne sont pas efficaces.
En règle générale, les drainages d'infrastructure doivent être exécutés en même temps que le renouvellement total de la superstructure. La présence d'eau dans l'infrastructure provoque des pertes de portance des différentes couches et, sous les sollicitations dynamiques de la circulation des trains, peut altérer la séparation des couches. Cette situation entraîne un mélange des matériaux de l'infrastructure et même une montée de boue dans le ballast. C'est pourquoi il faut empêcher autant que possible l'infiltration d'eau dans l'infrastructure. Pour le dimensionnement des systèmes d'évacuation des eaux, il faut prendre compte un coefficient de ruissellement de 0,8, pour ce qui concerne la superstructure. Le diamètre minimum des collecteurs drainants est de 0,20 m. Lors de l'utilisation de collecteurs en matière synthétique, il y a lieu, en règle générale, d'avoir recours à du matériel en polyéthylène (éviter le PVC). Afin d'éviter que la sollicitation dynamique provoquée par le passage des convois ne conduise au mélange des couches de l'infrastructure, il convient de respecter les critères de filtration dynamique aux interfaces. A cet effet, il faut, en général, mettre en place une couche anticontaminante de transition. Dans de nombreux cas, un géotextile est suffisant pour assurer l'anticontamination des couches ad jacentes.
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Annexes D.4 - Procédés d’assainissement des couches de fondation D.4.1 -
Aperçu général
Pour l'assainissement de l'infrastructure ferroviaire, lorsqu'il y a possibilité d'une interruption temporaire du trafic, plusieurs procédés peuvent être envisagés : -
couche de protection en grave CFF,
-
couche de protection en grave CFF et géotextile non tissé,
-
couche drainante en grave perméable et géotextile,
-
couche drainante avec géomembrane,
-
matériau léger avec grave.
Il existe aussi la possibilité de mettre en place une isolation thermique, ce en vue de supprimer les problèmes dus au gel.
D.4.2 -
Sous-couche en grave CFF
En règle générale, la sous-couche doit remplir simultanément les fonctions de couche "sous ballast", de fondation et d'anticontamination, c'est-à-dire : -
accroître la portance,
-
assurer la persistance de la fonction filtrante,
-
maintenir une faible perméabilité,
-
réduire les effets de gel.
Plus la couche est épaisse, plus elle peut remplir ces fonctions. Généralement, une épaisseur de 0,30 m est suffisante. Cependant, lorsque le sol support est peu portant (CBR < 4 %), cette épaisseur de 0,30 m est insuffisante et doit être prise égale à : 60 - 40 • log CBR (Epaisseurs en cm, CBR en %) lorsque les tassements sous sollicitations dynamiques sont acceptables. Lorsqu'il n'en est pas ainsi (les tassements sous sollicitations dynamiques sont trop importants), il convient d'utiliser le procédé décrit au point D.4.6 - page 92. Pour une couche de 30 cm d'épaisseur, il faut 0,7 t de matériau par m2. Ce procédé s'applique lorsque le terrain en place a une teneur en éléments fins (tamisat < 0,06 mm) inférieure à 85 %. Si le pourcentage en éléments fins est plus grand, la persistance de la qualité filtrante et la protection contre la remontée d'éléments fins ne sont plus garanties.
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Annexes D.4.3 -
Sous-couche en grave CFF et géotextile non tissé
Ce procédé convient lorsque la teneur en éléments fins du terrain en place dépasse 85 % (tamisat < 0,06 mm). Il requiert la mise en place, sous la sous-couche (de protection), d'un géotextile non tissé, comme couche filtrante supplémentaire. Sous ce géotextile, la forme doit être recouverte d'une couche de sable d'au moins 0,05 m d'épaisseur, comme protection contre les pierres à arêtes vives et pour améliorer le processus de filtration. Ce procédé est recommandé, par exemple, si le terrain naturel est constitué de roche marneuse ou de ses produits d'altération.
D.4.4 -
Couche drainante en grave perméable et géotextile
Lorsque le niveau de la nappe phréatique est élevé et qu'il peut exceptionnellement pénétrer dans la couche de fondation, l'emploi de grave CFF comme sous-couche (de protection) n'est pas admis. La grave CFF étant relativement imperméable, des pressions interstitielles peuvent apparaître ; lors de sollicitations dynamiques, il peut s'ensuivre des irruptions à travers la couche de fondation et des remontées localisées de particules fines. Dans ce cas, la couche de fondation doit être constituée de grave drainante permettant à l'eau interstitielle de s'écouler sans pression vers les drainages latéraux. Le coefficient de perméabilité ne doit pas être inférieur à 10-5 m/s. En règle générale, cette exigence est remplie par la grave I ( norme SN 670 120 ). Pour garantir l'effet filtrant, on pose sous la couche de fonda tion un géotextile non tissé ou un géotextile tissé à mailles fines. Sous le géotextile, il y a lieu de prévoir une couche de sable d'au moins 0,05 m d'épaisseur. La surface de la couche drainante est protégée par une couche "sous ballast" (de colmatage) afin que l'eau de surface ne s'infiltre pas mais s'écoule sur la plate-forme ferroviaire.
D.4.5 -
Couche drainante avec géomembrane
La pose d'une géomembrane empêche l'eau de surface de pénétrer dans l'infrastructure. Ce procédé n'est indiqué que pour des voies à faible trafic et en remblais ; il est nécessaire que la portance de l'infrastructure existante soit suffisante. L'épaisseur de géomembrane synthétique ne doit pas être inférieure à 1,5 mm. Lors de la pose, on soude ensemble les extrémités, conformément aux indications du fabricant. Sous la géomembrane, il faut aménager une couche drainante de 0,10 m d'épaisseur en matériau perméable (par exemple, du sable propre), dont le coefficient de perméabilité ne soit pas inférieur à 10-5 m/s. Dans cette couche, l'eau doit pouvoir être évacuée latéralement, sinon il se forme sous la géomembrane une zone humide qui ramollit le terrain et qui peut en réduire la portance à tel point que le ballast et la géomembrane "flottent" sur le terrain en place. Une couche de sable, ou éventuellement de grave de 0,05 à 0,10 m d'épaisseur, doit être posée sur la géomembrane pour la protéger du ballast, sinon elle sera perforée par les pierres du ballast.
D.4.6 -
Matériaux légers avec grave
Ce procédé est applicable sur des terrains en place fortement compressibles, notamment les terrains tourbeux. La grave ne peut pas être mise en place directement sur la tourbe, car elle s'enfoncerait irrégulièrement en raison de la portance très variable, même si l'on intercale une couche de géotextile non tissé. En outre, le compactage étant impossible, on ne peut pas obteni r une plate-forme ferroviaire
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Annexes plane et les tassements sont relativement importants. Entre autres matériaux légers convenant à ce procédé, il y a notamment l'argile expansée et le verre cellulaire. L'argile expansée (par exemple, le Leca) est une argile dont le poids volumique à l'état humide est inférieur à 1 t/m3. L'emploi de ce matériau permet généralement de diminuer la charge exercée sur le sous-sol. Une couche d'argile expansée doit être recouverte d'une couche de grave. La construction suivante a déjà été expérimentée avec succès : -
construction d'un matelas constitué d'une couche d'argile expansée confiné dans un géotextile,
-
sur ce matelas, pose d'une couche de grave.
Les épaisseurs sont choisies après essais et selon l'expérience.
D.4.7 -
Résolution des problèmes dus au gel
Elle est effectuée conformément aux dispositions du point 3.3.4.3 - page 68 de la présente fiche.
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Liste des abréviations AASHTO
American Association of State Highway and Transportation Officials
ASTM
American Society for Testing Materials
BS
Standard of British Standards Institute (BSI)
CEN
Comité Européen de Normalisation
CNR-UNI
Consiglio Nazionale delle Ricerche - Ente Nazionale Italiano di Unificazione
DIN
Deutsches Institut für Normung
ISO
Organisation internationale de normalisation
ISSMFE
International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering (Société Internationale de Mécanique des Sols et des Travaux de Fondations)
NF
Normes de l’Association Française de Normalisation (AFNOR)
Ö-Norm
Normes de l’Österreichisches Normungsinstitut
SETRA-LCPC
Recommandations du Service d’Etudes Techniques des Routes et Autoroutes et du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées
SN
Normes des Schweizer Normenvereinigung (Normes Suisses)
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