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8/16/2019 4- Deuxième Chapitre Talus Sous Relais GMSR Gare Ferroviaire d ASSILAH (1)
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Deuxième chapi tre
Talus sous relai GM SR/ L igneferroviaire d'ASSI LAH
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Deuxième chapitre : Talus sous relai GMSR/Ligne ferroviaire d'ASSILAH
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I- Introduction :Le projet de Train à Grande Vitesse entre Tanger et Casablanca s'inscrit dans le cadre de la
politique nationale des grands chantiers engagées sous la Conduite Eclairée de SA MAJESTE
LE ROI MOHAMMED VI, et visant à placer le citoyen au cœur de la stratégie dudéveloppement durable de notre pays. Il inaugure ainsi une nouvelle étape sur la voie de
l'essor du système des transports et du secteur ferroviaire au Maroc. Ce projet, qui présentant la première ligne ferroviaire à grande vitesse dans l’Afrique, a
permis de mettre en œuvre un Schéma Directeur de Développement de Lignes pour des Trains
à Grande Vitesse (LGV- MAROC) visant la construction d’un réseau d’environ 1500 km
composé de l’axe « Atlantique » Tanger – Casablanca – Marrakech et de l’axe « Maghrébin »
Rabat – Fès – Oujda. La construction d’une liaison à grande v itesse entre Tanger et Kenitra.Outres les travaux génie- civil et d’infrastruc ture, les équipements et installations
ferroviaires électriques et électroniques jouent un rôle assez important dans le fonctionnement
et la sécurité de cette nouvelle technologie régissant les lignes à grandes vitesse à travers le
monde.
C’est dans cette perspective qu’il a été alloué à ce projet un montant de 20 Milliards de
dirhams, pour la première étape de ce schéma « LGV Tanger-Kénitra ».
Dans le cadre de ce projet et pour satisfaire les besoins en matière de télécommunication
entre le poste central de commandement et de gestion de la circulation des futurs TGV ainsi
qu’à bord et entre ces derniers, que l’ONCF a lancer le projet de réalisation d’une vingtaine de
pylône télécom le long du tracé classique ferroviaire existant qui serviront en première phase
pour la mise à niveau de cette ligne et puis seront connectés à la ligne à grande vitesse.
Ces structures métalliques de 40m de hauteurs reposeront sur des fondations en béton armé
(radier le cas échéant) et seront implanter à des endroits précis calculés pour satisfaire les
conditions techniques de transmission en toute sécurité et sans défaillance.
C’est dans ce cadre que s’inscrit le présent projet de fin d’étude à travers lequel on traitera
l’étude de stabilité d’un talus sous pylône de la ligne GMSR situé dans la région d’Assila h et
présentant la particularité d’être implanté en crête d’un talus sensible en plein centre d’une
tranchée marneuse, l’objectif du présent travail sera donc d’évaluer l’impact de ce projet sur
le talus et vérifier sa stabilité dans les conditions les plus critiques.
Pour faire aboutir ce projet, le travail est mené en collaboration avec deux autres groupes
traitant les deux sujets cités ci-dessous qui:
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- Modélisation des pylônes sous ligne GSM-R pour LGV-Nord réalisé par BRIEK
Amine et ZNIKER Houcine,
- Etude des fondations sous pylônes sous ligne GSM-R de la LGV-Nord réalisé par
OUAMGHAR Meryam et SAJID Chaimae
II- Présentation du Projet :Le talus objet de la présente étude, est un remblai sous pylône de la ligne GMSR situé
dans la région d’Assilah et présentant la particularité d’être implanté en crête d’un talus
sensible en plein centre d’une tranchée marneuse .
1- Situation géographique :
Située à l’extrême nord -ouest du Royaume, sur l’axe reliant la ville de Tanger (45 kms) à
celle de Larache (40 Kms), la gare d’ASILAH se situe dans la ville d’ASILAH, cette dernièreest bâtie sur une superficie de 216 ha représentant à peine 7% du périmètre communal estimé
à 3250ha (voir figure 26) . Elle s’étend sur un plateau entre l’Oued Ghrifa et Ain Masbah dont
la topographie est relativement peu accidentée. Elle s’ouvre vers l’Est sur les plaines de Had
Elgharbya et beigne dans l’océan Atlantique du côté Ouest. Selon le découpage administratif
de la région, elle est limitrophe aux communes suivantes:Au Nord la commune rurale de
Briech Kouass ; à l’Est la commune rurale de Khaloua et au Sud et Sud-Est la commune rurale
de Sahel Chamali.Le site objet d’implantation de ce pylône se présente comme suit :
Figure 26: Vue Googlemap du site avec emplacement et coordonnées X Y Zdu pylône
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2- Climat :
Climat méditerranéen à influence océanique de Tanger à Assilah: les températures restent
clémentes en hiver, douces en été aussi bien sur les côtes qu'en altitude. Elles atteignent
rarement 0°C au mois de janvier et les maxima les plus fréquents de ce mois oscillent entre14°C et 18°C. En été, l'atmosphère se réchauffe sensiblement, les températures maxima les
plus fréquentes en juillet varient ente 16C et 26C. La pluviométrie moyenne inter-annuelle est
de 900 mm par an dont la plus grande partie est enregistrée entre décembre et février. Les
vents sont du Nord- Ouest et de l’Est (Chergui).
3- Géométrie du talus :
A base d’un profil en travers topographique e ffectué sur le site, la géométrie du talus se
présente comme suit :
Figure 27: T alus avec schématisation de la voie ferrée e t de l’emprise limite
4- Calcul des charges sur le talus :
Le Radier de fondation et le pylône agissant sur la crête du talus constituent les chargementssous l’effet du poids vertical et du vent soufflant à l’horizontal
Poids propre du pylône :
Charges permanentes : 11,393 t
Charges d’exploitation : 0,3 t
Poids propre du radier :
Donc :
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Les charges du vent :
Les charges du vent sont calculées par tronçon, le pylône est divisé sur 8 tronçons :
Tronçon Hauteur T Normal (KN) T extrême (KN)
TR1 40 12,95 22,66
TR2 35 12,04 21,07
TR3 30 10,98 19,22
TR4 25 14,46 25,30
TR5 20 15,01 26,27
TR6 15 15,12 26,46
TR7 10 15,63 27,35
TR8 5 16,98 29,72
Tableau 1: Les charges du vent
Le calcul des chargements sur talus se fait comme suit :
Cas du vent normal :
On a:
Si :
On aura des charges trapézoïdales, dans ce cas :
Et :
Figure 28 : Charges trapézoïdales
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Et si
On aura des charges triangulaires :
Alors :
Cas du vent extrême :
5- Etude géotechnique du sol :
Une campagne de reconnaissance des sols a été menée par le Laboratoire Public d’E ssais et
d’Etudes (LPEE). Celle -ci a consisté en un sondage carotté, des essais pénétrométriques
permettant de déterminer les caractéristiques de sol (E M, P l,…etc.), ce qui nous permet de
déterminer les paramètres suivants :
Figure 29 : Charges triangulaires
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2-1- Angle de frottement φ :
L’angle de frottement interne correspond à l’angle formé naturellement par un matériau mis
en tas, par rapport à l’horizontale. Il dépend du type de sol et plus particulièrement de
l’émoussé des ses grains, il sera nettement plus élevé dans le cas de graviers que pou r un sol à
forte teneur en argiles.
L’angle de frottement φ est entré en degrés. Des angles de frottement élevés, obtenus
parfois pour les sables denses, augmenteront de manière substantielle la difficulté numérique
des calculs plastiques, il conditionne la résistance au cisaillement au moyen des cercles de
contraintes de Mohr.
φ (°) φ’ (°)
Pélite saine 30 26
Pélite altérée 28 24
Tableau 2: Angle de frottement
2-2- Angle de dilatance Ψ :
L’angle de dilatance Ψ, est donné en degrés. Sauf pour les couches très sur-consolidées, les
sols argileux ne présentent aucune dilatance (Ψ=0). La dilatance d’un sable dépend de sa
densité et de son angle de frottement. Pour les sables siliceux, un ordre de grandeur est
Ψ=30°.
Dans la plu part des cas toutefois, l’angle de dilatance est nul pour les valeurs de φ
inférieures à 30°. Une valeur négative faible pour Ψ n’est réaliste que pour des sables
extrêmement lâches.
Ψ(en degré )
Pélite saine 0
Pélite altérée 0
Tableau 3: Angle de dilatance Ψ
2-3- Cohésion c :
La cohésion a la dimension d’une contrainte.
c (KPa) c ’ (KPa)
Pélite saine 14 10
Pélite altérée 9 7
Tableau 4: Cohésion c
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2-4- Poids volumique saturé et non saturé ( γsat et γunsat )
Les poids volumiques saturé et non saturé se réfèrent au poids volumique total du sol
incluant le fluide interstitiel. Le poids volumique non saturé γunsat s’applique à tous les
matériaux au-dessus de la nappe phréatique et le poids volumique saturé γsat à tous les
matériaux situés sous la nappe.
γsat (KN/m ) γunsat (KN/m )
Pélite saine 20 17
Pélite altérée 20 17
Tableau 5: Poids volumique saturé et non saturé
2-5-
Perméabilités (kx et ky )Il faut spécifier les perméabilités de chaque couche, même pour les couches supposées
imperméables. On distingue une perméabilité horizontale kx, et une perméabilité verticale ky,
puisque dans certains types de sols (par exemple les tourbes), il peut y avoir une différence
significative entre ces deux perméabilités.
kx (m/s) ky (m/s)
Pélite saine 5.10 - 5.10 -
Pélite altérée 10 - 10 -
Tableau 6: Perméabilités (kx et ky )
2-6- Module de poisson ϑ :
Ce coefficient permet de caractériser la contraction de la matière perpendiculairement à la
direction de l'effort appliqué, il fait partie également des constantes élastiques.
ϑ
Pélite saine 0,25
Pélite altérée 0,25Tableau 7: Module de poisson ϑ
2-7- Module de Young (E) :
Le module pressiométrique moyen :
Pour la pélite saine les différentes valeurs : 38,8MPa, 42,1MPa, 51,3MPa,
110,6MPa, 135,8MPa
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Pour la pélite altérée on a une seul valeur :
La pression limite moyenne :
Pour la pélite saine les différentes valeurs : 2,49MPa, 5,03MPa, 2,46MPa,
4,5MPa, 9,73MPa
Pour la pélite altérée on a une seul valeur :
Le module de Young :
PLAXIS utilise le module d’Young comme module de déformation de référence dans le
modèle élastique et le modèle de Mohr-Coulomb
Pour la pélite saine :
On a
Le module œdométrique est relié au module élastique par la relation :
Tableau 8: Coefficient rhéologique α
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Le module pressiométrique E M a été rapproché du module élastique par L. Ménard, par
l’intermédiaire d’un coefficient rhéologique α (tableau 2), fonction de la lithologie et de l’état
de consolidation du sol considéré :
α α
Pour la pélite altérée :On a
α
2-8- Synthèse :
Le tableau suivant résume les différentes caractéristiques des différentes couches de sol
rencontrées :
γ sat γunsat kx Ky ϑ E Φ φ’ Ψ c c’
Pélite saine 20 17 5.10 -10 5.10 -10 0,25 73,16 30 26 0 14 10
Pélite altérée 20 17 10 -7 10 -7 0,25 18,625 28 24 0 9 7
Tableau 9: Résumé caractéristiques du sol
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III- Résultats et interprétations :
1- Introduction :
PLAXIS 2D est un code de calcul éléments finis destinés à l'analyse en deux dimensions de
la déformation et de la stabilité des sols.
TALREN quant à lui est un logiciel se basant sur les méthodes analytiques.
Les deux logiciels permettent la vérification de la stabilité des ouvrages géotechniques, avec
ou sans renforcements : talus naturels, remblais, barrages et digues ; ouvrages renforcés par
tirants précontraints, clous, pieux et micropieux, géotextiles, géogrilles, terre armée et bandes
de renforcement.
Pour notre étude, nous allons calculer le coefficient de sécurité par la méthode des éléments
finis à l’aide de PLAXIS et par les méthodes analytiques avec TALREN.
2- Cas du talus non chargé par la méthode numérique (éléments
finis): PLAXIS
On considère le talus non chargé
Figure 30 : Talus non chargé
A long terme
Cas drainée-drainée :
On suppose que les deux couches du talus sont drainées, on utilisera alors la cohésion
effective c’ et l’angle de frottement effectif φ’.
PLAXIS
Coefficient de sécurité Fs 1,70
Tableau 10: talus déchargé drainé drainé (PLAXIS)
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A court terme
Cas drainée- non drainée :
Cette fois, nous considérons la pélite altérée drainée, mais la pélite saine non drainée. Alors
on utilisera la cohésion effective c’et l’angle de frottement effectif φ’ pour la pélite altérée, et
la cohésion totale c et l’angle de frottement total φ pour la pélite saine.
PLAXIS
Coefficient de sécurité Fs 2,08
Tableau 11: Talus déchargé drainé - non drainé (PLAXIS)
Cas non drainée- non drainée :
Le troisième cas, c’est l’étude du talus à long terme, ça veut dire considérer les deux
couches non drainées, dans ce cas, on utilisera la cohésion totale c et l’angle de frottementtotal φ.
PLAXIS
Coefficient de sécurité Fs 1,96
Tableau 12: Talus déchargé non drainé - non drainé (PLAXIS)
Dans les trois cas, le talus restes stable.
3- Cas du talus chargé par la méthode analytique (Bishops):
TALREN
Plutôt que de définir la géométrie et les caractéristiques des sols, il est possible
d'ouvrir le fichier PLAXIS correspondant à la même coupe sur TALREN, mais il est
nécessaire de compléter la boîte de dialogue de description générale du projet (sauf
les dimensions du modèle, automatiquement définies en fonction de la géométrie du
modèle importé).
Nous considérons les charges du pylône, du radier, et l’effet du vent, on suppose
que le pylône est fondé d’une distance de d=1m de la crête du talus :
3-2-1- Poids propre du pylône + poids propre du radier :
Poids propre du pylône :
Charges permanentes : 11,393 t
Charges d’exploitation : 0,3 t
Poids propre du radier :
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Donc :
On a :
A long terme
Cas drainée-drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 0,99
Tableau 13: Talus chargé drainé - drainé (TALREN)
A court terme
Cas drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 1,03
Tableau 14: Talus chargé drainé - non drainé (TALREN)
Cas non drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 1,31
Tableau 15: Talus chargé non drainé - non drainé (TALREN)
3-2-2- Poids propre du pylône + poids propre du radier + effet du vent :
On va installer un pylône en crête du talus d’une distance de D=1m , car, l’ONCF n’a le
droit que pour 10m:
Cas du vent normal :
A long terme
Cas drainée-drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 0,94Tableau 16: Talus chargé drainé - drainé (TALREN)
Figure 31 : Pylône
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A court terme
Cas drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 0,98
Tableau 17: Talus chargé drainé - non drainé (TALREN)
Cas non drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 1,25
Tableau 18: Talus chargé non drainé - non drainé (TALREN)
Cas du vent extrême :
A long terme
Cas drainée-drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 0,79
Tableau 19: Talus chargé drainé - drainé (TALREN)
A court terme
Cas drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 0,84
Tableau 20: Talus chargé drainé - non drainé (TALREN)
Cas non drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 1,05
Tableau 21: Talus chargé non drainé - non drainé (TALREN)
Le talus est instable
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4- Renforcement par pente d’équilibre :
Lorsque la pente augmente la composante du poids perpendiculaire au talus diminue alors
que la composante parallèle à la pente qui augmente et favorise par conséquent le fluage et
diminue l’effet de frottement. Un des remèdes serait d’adopter une pente d’équilibre. Le procédé consiste à élargir le remblai au niveau de la base de façon à rendre la pente des
talus plus douce
β est tel que : tg tg 2
1
La réalisation de ce confortement peut se faire en recouvrant les talus par des tous remblais
de bonne qualité.
La masse doit être bien compactée et doit adhérer à la pente à stabiliser. Pour ce fait des
redans sont réalisés le long de la pente pour éviter que la couche ajoutée ne glisse. Ils
constituent une sorte d’ancrage en appliquant des contres réactions au poids de la masseajoutée. Ce qui diminuera la tendance au glissement.
La masse peut également s’appuyer sur des butées en gabions déposé es aux pieds des talus.
Figure 33: Butée en gabion en pied de talus
Figure 32: Adoucissement de la pente
β
Talus
instableMasse
a outée
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Il est necessaire de ramener la valeur du coefficient de sécurité Fmin du talus à une valeurs
admissible et supérieur.
Les normes traitant ce coefficient de stabilité sont :
Clouterre 1991
Normes Françaises XP P 94-240
Eurocode 7
La sécurité est prise en compte de la manière suivante :
Tableau 22: Paramètres réduits
Dans le cas de projets de renforcement du talus ferroviaires, le talus étant considéréscomme un ouvrage particulier dont la sécurité des circulations ferroviaire et des clients à bord
est primordiale, ce coefficient peut admettre les valeurs probabilistes suivantes :
Vitesse de circulation < 100km/h :
1- Nombre de train / jour < 4 : Fmin = 1.10 (situation dimenssionnante :
sensible)
2- Nombre de train / jour < 10 : Fmin = 1.15 (situation dimenssionnante :
sensible)
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3- Nombre de train / jour < 20 : Fmin = 1.25 (situation dimenssionnante :
sensible)
Vitesse de circulation > 100km/h :
1- Nombre de trains / jour > 20 : Fmin = 1.30 (situation dimenssionnante : sensible)
2- Nombre de trains / jour > 60 : Fmin = 1.40 (situation : sensible accidentelle)
3- Nombre de trains / jour > 100 : Fmin = 1.50 (situation : sensible et accidentelle)
En projetant un nombre de trains < 10 trains par jour à l’horizon 2020 avec une vitesse de
circulation < 100km/h, on peut admettre Fmin = 1.15
La solution de renforcement étant la modification de la pente du talus par rechargement du
remblai (solution la plus utilisée et facile en terme d’exécution d’après l’expérience), on
réétudie sous TALREN la stabilité des deux talus (Nord et Sud) après avoir modifié ces
pentes et disposer des lits de gabion aux pieds de ces derniers.
Résultat :
Cas du vent normal :
A long terme
Cas drainée-drainée :
TALRENCoefficient de sécurité Fs 1,37
Tableau 23: Talus chargé drainé - drainé (TALREN)
A court terme
Cas drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 1,4
Tableau 24: Talus chargé drainé - non drainé (TALREN)
Cas non drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 1,76
Tableau 25: Talus chargé non drainé - non drainé (TALREN)
Cas du vent extrême :
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A long terme
Cas drainée-drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 1,17
Tableau 26: Talus chargé drainé - drainé (TALREN)
A long terme
Cas drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 1,22
Tableau 27: Talus chargé drainé - non drainé (TALREN)
Cas non drainée- non drainée :
TALREN
Coefficient de sécurité Fs 1,5
Tableau 28: Talus chargé non drainé - non drainé (TALREN)
Donc le talus est stable
Interprétations :
Afin de pouvoir garantir la pérennité du talus ferroviaire, il faut vérifier que la valeur de son
Fs reste bien mieux loin de Fmin admise ou bien au minimum au alentour de Fmin.
En cas de projet d’augmentation de la capacité de la ligne, il faut, bien évid ement, recalculer
Fs sous les nouvelles conditions : nouveau chargement + renforcements.
La stabilité des talus étant sensible aux pénétrations de l’eau, il faut aussi assurer un très bon
drainage et système d’assainissement : fossés, ouvrages hydrauliq ue transversal, drains …
pour empêcher l’eau de stagner et s’infiltrer par la suite dans le corp du remblai.