BRGM L ENTREPRISE AU SERVICE DE LA TERRE

DDE DU RHONE

DARDILLY (69) - AMENAGEMENT DU CD 73

STABILISATION D'UN TALUS EN DEBLAI

R.32061-RHA.4S.91 LYON, février 1991

par P. KASSER

BRGM - RHÔNE-ALPES 29, boulevord du 11-Novembre - B.P. 6083 - 69604 Villeurbanne cede», France Tél.: (33; 78.89.72.02 - Télécopieur : [33; 78.94.12.64 - Télé« : 380 966 F

R.32061

DARDILLY (69) - AMENAGEMENT DU CD 73

STABILISATION D'UN TALUS EN DEBLAI

RHA.4S.91

R E S U M E

Maître de l'ouvrage : Département du Rhône (maîtrise d'oeuvre des travaux DDE).

Cadre de l'intervention

Diagnostic et étude de stabilisation d'un glissement de terrain affectant le talus en déblai du CD 73, à hauteur des profils,63 et 64, et analyse des désordres sur l'ensemble du talus.

Moyens mis en oeuvre

. Reconnaissance du site : levé des indices du phénomène, sondage à la pelle mécanique en pied et en tête du talus.

. Examen d'ensemble du talus entre les profils 59 et 66.

. Essai de laboratoire sur les matériaux glissés : cisaillement rectiligne.

. Simulation du glissement et calcul de stabilité à l'aide du logiciel TALREN.

. Définition, justification des moyens de stabilisation proposés.

Résultats obtenus

Des circulations d'eau à l'interface entre les matériaux argileux de surface et le substratum altéré sont à l'origine de la déstabilisation du talus entre les profils 63 et 64.

Sur le reste du talus, des indices de progression du phénomène et des désordres superficiels sont visibles.

L'ensemble du talus doit être drainé au sommet et différents types de traitement du corps du talus, fonction de l'ampleur ou du degré d'avancement des phénomènes, doivent être entrepris.

INGENIEUR RESPONSABLE DE L'ETUDE P. KASSER DESSIN J.F. RIEUX SECRETARIAT S. BELLON

Ce rapport contient 10 pages de texte, 7 figures et 3 planches photographiques.

T A B L E D E S M A T I E R E S

1 - CADRE ET OBJECTIF DE L'ETUDE 1

2 - IDENTIFICATION DES DESORDRES l

2.1 - Cadre géologique 1

2.2 - Description des phénomènes observés 2

2.3 - Structure géologique du talus 3

3 - CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX 4

4 - MECANISMES DE GLISSEMENTS 5

4.1 - Glissement principal P63/P64 5

4.1.1 - Hypothèse de glissement circulaire 5 4.1.2 - Hypothèse de glissement plan 5

4.2 - Autres désordres 6

5 - PRINCIPE DE CONFORTEMENT DU TALUS 6

5.1 - Traitement du talus entre les profils 62 et 65 6

5.2- Traitement des profils voisins 7

6 - DISPOSITIONS CONSTRUCTIVAS 8

7 - ESTIMATION QUANTITATIVE DES TRAVAUX 9

8 - CONCLUSION ' ; 10

Liste des figures

Fig. 1 - Carte de situation Fig. 2 - Plan descriptif"du glissement principal Fig. 3 - Plan descriptif des désordres entre les profils 59 et 66 Fig. 4 - Résultats de l'essai de cisaillement Fig. 5 - Coupe interprétative des différents types de désordres Fig. 6 - Coupe de principe des aménagements Fig. 7 - Plan de localisation des aménagements

- 1 -

1 - CADRE ET OBJECTIF DE L'ETUDE

Le CD 73 reliant la RN 6, au niveau de Dardilly, à la RN 7, au niveau de La Tour-de-Salvagny, est en cours de réaménagement (voir carte de situation fig. 1). La portion du tracé nouvellement créée comporte des passages en déblai.

Dans une de ces zones, entre les profils n" 63 et 64, le talus a été affecté de deux glissements successifs, aux mois d'août et novembre 1990, juste avant la mise en service de l'itinéraire.

Les services de l'Equipement du Rhône ont chargé le BRGM d'une étude géotech­nique visant à définir les conditions qui sont à l'origine des phénomènes d'instabilité, ainsi que les moyens à mettre en oeuvre pour conforter le talus et prévenir l'apparition de phénomènes similaires dans la zone comprise entre les profils 59 et 66.

Le présent rapport rend compte de cette étude.

2 - IDENTIFICATION DES DESORDRES

2.1 - Cadre géologique

La structure géologique du site du glissement est caractérisée par un substra­tum rocheux formé de gneiss, présent sous une couche de terrains d'altération et de terrains limoneux en surface.

Les gneiss sont des roches métamorphiques très souvent altérées dans leur partie superficielle ; elles donnent naissance à des arènes sablo-argileuses aussi appelées gores.

L'étude géologique préliminaire menée dans le cadre du projet situait le substratum à une profondeur de l'ordre de 7 m/TN au droit du profil 63, et évaluait l'épaisseur d'arène à 5 m environ.

- 2 -

2.2 - Description des phénomènes observés (voir plan descriptif fig,2 et 3)

Les glissements les plus importants ont affecté le talus de déblai entre les profils 63 et 64 (fig. 2). Dans cette zone, la hauteur de déblai avoisine les 10 mètres. La pente du talus est de 2 H pour 3 B (33,7°).

Le premier glissement s'est produit au mois d'août 1990. Large de 15 mètres environ (de part et d'autre du profil n' 63), il a intéressé le tiers inférieur du talus. Le phénomène, d'ampleur assez modeste, s'est traduit par un gonfle­ment des arènes argileuses de la surface du talus, sans provoquer de désordres en pied de pente. Il est à noter que ces mouvements de terrains ont eu lieu après un épisode pluvieux marqué (orages). Suite à ces désordres, les terrains glissés ont été décapés et remplacés par des enrochements.

Le second glissement a eu lieu en novembre 1990. Il a fait l'objet de deux visites, le 4 décembre 90 et le 8 janvier 91.

L'extension du phénomène est plus importante. La zone glissée a en effet une largeur supérieure à 20 mètres entre le profil 63 (déjà concerné par le glisse­ment précédemment décrit) et le profil 64. le talus est affecté sur toute sa hauteur.

En tête, on observe une fissure d'arrachement haute de 1 mètre en moyenne et largement ouverte à son extrémité droite. Le massif déstabilisé, constitué par les arènes argilo-sableuses, est fortement fissuré en partie haute. Le glisse­ment se développe vers le base selon un large demi-cercle. En partie basse, à 2 ou 3 mètres au-dessus de la route, on remarque en deux points bien marqués un soulèvement du rocher affleurant. Au pied du talus, les mouvements ont occa­sionné divers désordres : les enrochements mis en place au droit du glissement ancien ont été quelque peu déplacés et en partie recouverts, les cunettes en béton situées en bordure de chaussée ont été soulevées sur une longueur de 5 mètres. Ce soulèvement a causé la fissuration d'un des éléments. Aucun désordre ne semble par contre avoir affecté la chaussée.

De part et d'autre de ce glissement principal, le talus présente les mêmes caractéristiques de pente et de hauteur. Des phénomènes semblables à ceux observés au droit des profils 63 et 64 sont à craindre.

Entre les profils 59 et 66, les indices de désordres suivants ont été repérés (visite du 28.01.91 - fig. 3) :

- à gauche du profil 64 et sur une quinzaine de mètres, on remarque une fissure de tension dans le prolongement de la fissure d'arrachement du glissement. Cette fissure est ouverte de quelques centimètres et assez profonde (* 0,5 m). Elle entaille les arènes de surface. Au pied du talus, on note un léger gonflement et, par endroits, une dislocation du gneiss affleurant ;

- 3 -

- entre les profils 63 et 62, on note également une fissure de tension située au tiers inférieur du talus. Très légèrement ouverte, elle est longue d'une dizaine de mètres et se développe dans les matériaux rocheux affleurants ;

- sur le reste de la zone d'investigation, les désordres ne semblent affecter que la terre végétale de surface. Ces désordres sont particulièrement nets en deux endroits : de 10 m à droite du profil 65 jusqu'à 10 m après le profil 66 et entre les profils 60 et 62. En partie supérieure, la terre végétale glisse sur les arènes sous-jacentes et vient buter à mi-hauteur du talus, au contact avec le toit des gneiss altérés. Sur la partie inférieure, on observe un fort ravinement ; la couverture végétale a souvent disparu.

2.3 - Structure géologique du talus

Afin de mieux apprécier la structure géologique du talus, deux sondages à la pelle mécanique ont été effectués au droit du glissement principal (voir leur implantation sur la fig. n° 2).

Le premier, situé sur le chemin agricole en haut du talus, a permis de mettre à jour les terrains suivants :

- une arène argilo-limoneuse jaune, de plus en plus sableuse à mesure que la profondeur augmente, sur une épaisseur de 1,40 m ;

- des gneiss très altérés, se débitant en petits graviers dans une matrice sabio- argileuse sur une épaisseur de 1,40 m ;

- des gneiss peu altérés à partir de la profondeur 2,80 m.

Aucune venue d'eau n'a été observée. Le sondage a été arrêté à 3,20 mètres.

Le second sondage a été réalisé au pied du talus. On observe :

- au-dessous du niveau de la chaussée, une zone très altérée constituée de roches automorphes qui se débitent en blocaille. On observe sur ces petits blocs des dépôts d'enduit ferrugineux qui résultent de circulations d'eau antérieures dans une ouverture ;

- au-dessus du niveau de la chaussée et sur une hauteur de 1,5 m a flanc de talus, des gneiss peu altérés, durs à la pelle mécanique et se débitant en blocs de 20 à 30 cm.

Au niveau du bas du talus, les gneiss affleurent en divers points : en partie haute du sondage, au niveau des enrochements et au niveau des deux soulèvements. Cependant, le sondage n° 2 a mis en évidence la présence d'une couche rocheuse sous-jacente beaucoup plus altérée et au sein de laquelle des indices de circulation d'eau ont été relevés.

- 4 -

Par ailleurs, l'épaisseur des arènes sablo-argileuses n'est que de 1,5 m envi­ron au sommet du talus.

On notera que les limons habituellement présents au-dessus des arènes, n'ont pas été rencontrés dans les sondages.

A partir de ces diverses observations, il est possible de caractériser ainsi la structure du talus. On trouve donc :

- en surface, sur une épaisseur de l'ordre de 1,5 m dans la partie supérieure du talus et diminuant dans la partie basse, les arènes sablo-argileuses ; en pied de talus, des matériaux rocheux peu altérés affleurant à divers endroits. Ils représentent soit des inclusions de rocher sain dans le substratum altéré, soit des émergences du substratum ;

- plus en profondeur, des roches altérées ont été identifiées dans les deux sondages en pied et en tête du talus ;

- enfin, le substratum gneissique, peu altéré, rencontré à 2,80 m au sondage supérieur.

3 - CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX

Un échantillon intact, prélevé dans les arènes du sondage 1, a été soumis à un essai de cisaillement rectiligne non consolidé et non drainé. Les résultats suivants ont été obtenus (voir fig. A) :

- angle de frottement interne iuu = 8° ;

- cohésion Cuu = 63 kPa.

Le poids volumique mesuré est Yh = 18 kN/m3.

Pour les autres formations, on prendra les caractéristiques suivantes :

- rocher altéré * = 35° C = 30 kPa Y = 22 kN/m3 ;

- rocher sain * = 40° C = 150 kPa Y = 22 kN/m3.

- 5 -

4 - MECANISMES DE GLISSEMENT

4.1 - Glissement principal P63/P64

4.1.1 - Hypothèse de glissement circulaire

Cette hypothèse paraît en fait peu probable. Les cercles de glissement, dont on impose le passage par le sommet du talus (fissure d'arrachement) et par le pied du talus (limite inférieure des désordres), pénètrent de ce fait dans les matériaux sains et donc très résistants du substratum.

Les calculs de stabilité, effectués à l'aide logiciel TALREN sur la base d'une modélisation de glissement circulaire, avec les caractéristiques de matériaux précédemment déterminées, et prenant en considération diverses conditions hydrodynamiques, conduisent tous à des valeurs très élevées de coefficient de sécurité (Fs > 5).

4.1.2 - Hypothèse de glissement plan

Le glissement observé s'apparente plutôt à un glissement de type plan, la surface de rupture plane correspondant à l'interface entre les arènes sablo-argileuses et les rochers altérées. Les simulations menées dans ces conditions déterminent un coefficient de sécurité important (Fs > 3).

Compte tenu des résultats ainsi obtenus qui montrent un coefficient de sécurité élevé, non conforme aux observations, il convient de faire appel à d'autres phénomènes pour caractériser le mécanisme de rupture. On se rappelle en effet que les deux glissements ont eu lieu suite à des périodes très pluvieuses et donc à des apports d'eau inhabituels. Les matériaux constitutifs du talus argileux ou rocheux étant a priori peu perméables, il est fort probable qu'une circulation d'eau se soit établie à l'interface entre les arènes de surface et le toit altéré des gneiss. De telles venues d'eau, au niveau de la surface de rupture supposée, créent une augmentation des pressions interstitielles et, à long terme, une dégradation des caractéristiques mécaniques (perte de cohésion). Il se forme ainsi une "couche savon" favorable à la mise en mouvement des matériaux sus-jacents.

Les simulations basées sur ces hypothèses permettent d'obtenir une valeur de l pour le coefficient de sécurité, traduisant donc l'instabilité du talus, en considérant pour la "couche savon" une cohésion résiduelle de 7 kPa, un angle de frottement de 5° et un champ de pressions interstitielles élevées.

La figure 5 montre les coupes interprétatives du glissement.

- 6 -

Suivant le profil de la coupe 2a, l'affleurement du substratum compact en bas de talus constitue un point dur sur lequel butent les terrains glissants. Les gneiss ont de ce fait été soulevés (le même phénomène s'est produit à deux endroits).

Sur la coupe 2b, la masse en déplacement (la couche d'arène et l'inclusion rocheuse peu altérée repérée au niveau du sondage 2) est venue buter en pied de talus. Le poinçonnement du sol à ce niveau est à l'origine du soulèvement et de la fissuration de la cunette.

Pour le même phénomène de glissement des arènes de la partie haute, deux types d'évolution en pied de talus peuvent se produire, en fonction de l'état d'alté­ration des gneiss.

4.2 - Autres désordres

De part et d'autre du glissement principal décrit précédemment, trois types de phénomènes apparaissent :

- des fissures de tension, traduisant l'amorce de glissements profonds sembla­bles à celui qui s'est développé entre P63 et P64, aux abords immédiats de ce dernier ;

- des glissements qui affectent les matériaux de surface sur une faible épais­seur (essentiellement la terre végétale) - (cf fig. 5, coupe 1) : ils se limitent à la partie supérieure du talus. Ces phénomènes ont été identifiés entre les profils 65 et 66, ainsi qu'entre les profils 60 et 62 ;

- des griffes d'érosion profondes, résultant d'écoulements de surface impor­tants, sans influence - tout au moins pour le court terme - sur la stabilité d'ensemble du talus.

5 - PRINCIPE DE CONFORTEMENT DU TALUS

Deux types d'aménagements sont proposés. Ils ont en commun la réalisation d'un drainage en tête de talus, et diffèrent dans le traitement du corps et du pied du talus (voir fig. 6 et 7).

5.1 - Traitement du talus entre les profils 62 et 65 (fig. 6, coupes 2a et 2b)

Précisément, cette zone s'étend entre les points P62 + 10 m et P64 + 20 m, qui correspondent au glissement principal déclaré et initié.

- 7 -

Le traitement proposé comprend deux volets :

- la réalisation d'une tranchée drainante. Située sur le chemin rural, au sommet du talus, elle a pour but d'intercepter les venues d'eau dont on suppose le rôle prépondérant dans le déclenchement des glissements ;

- le remodelage du corps du talus. Les matériaux de surface seront décaissés sur une hauteur de 2 à 3 mètres.

Lorsque, au pied du talus, on sera en présence de gneiss très altérés, ceux-ci seront enlevés et remplacés par des enrochements (module 500), afin de reconstituer une butée de pied saine (coupe 2b).

En présence de rochers peu altérés (refus de la pelle mécanique), le décais­sement pourra être plus limité (coupe 2a).

Des reconnaissances légères à la pelle mécanique, en pied de talus, pourront permettre de localiser précisément les zones d'application respectives de ces deux types de solution.

Le corps du talus sera reconstitué avec des matériaux rocheux de petit calibre (100 à 200 mm).

Les simulations menées sur le talus ainsi traité conduisent à des coefficients de sécurité supérieurs à 1,5.

5.2- Traitement des profils voisins

Ce traitement s'appliquera entre les profils 59 et 66, à l'exception de la zone dont le réaménagement fait l'objet du chapitre précédent. Il permettra de remédier aux désordres superficiels, en évitant également une évolution vers des mouvements plus profonds (fig. 6, coupe 1).

Il consiste à :

- réaliser une tranchée drainante dans la continuité de celle définie précédem­ment ;

- décaper la terre végétale et les matériaux sous-jacents, sur une épaisseur de 1 m environ. Cette épaisseur devra être adaptée localement aux hétérogénéités éventuellement rencontrées. Ce décapage se limitera à la partie supérieure du talus, c'est-à-dire au-dessus des zones d'affleurement rocheux ;

- mettre en place des matériaux rocheux de petit module (100 à 200 mm).

- 8 -

6 - DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES

La tranchée drainante sera large de 0,80 m. Un géotextile de type BIDIM U 34 sera mis en place. On posera alors un drain PVC <J> 100 sur un lit de sable de 20 cm. On utilisera du tout-venant 20-40 en remplissage.

Les matériaux de remblaiement de la tranchée seront mis en place en même temps que la blocaille du talus.

La pente pour l'écoulement des eaux drainées en fond de tranchée sera descendante du profil 59 vers le profil 66. Pour ce faire, on respectera les cotes suivantes :

P59

P60

P61

P62

P63

P64

P65

P66

Cote TN

338,4

338,5

335,7

336,1

333,6

330,8

328,4

325,7

Cote du fil d'eau

335,6

335,0

333,4

332,6

330,1

327,3

324,9

2')') o

Profondeur tranchée

3,0 m

3,7 m

2,5 m

3,7 m

3,7 m

3,7 m

3,7 m

3,7 m

Au-delà du profil 66, le drain sera prolongé par une canalisation enterrée PVC <t> 100) que l'on raccordera au regard de la descente d'eau du profil 70.

- 9 -

8 - ESTIMATION QUANTITATIVE DES TRAVAUX

Tranchée drainante :

longueur totale 175 ml terrassement 0-2 m 280 m3

terrassement 2-3 m 140 m3

terrassement > 3 m .. 67 m3

sable de pose 28 m3

matériau drainant 20-40 459 m3

géotextile Bidim U34 1645 m2

drain PVC 4> 100 175 ml canalisation PVC <¡> 100 100 ml

Aménagement type 1 :

longueur totale 115 ml volume de matériaux à décaisser 1300 m3

matériaux rocheux 100-200 de substitution 1300 m3

Aménagement type 2a :

longueur totale 20 ml volume de matériaux à décaisser 550 m3

matériaux rocheux 100-200 de substitution 550 m3

Aménagement type 2b :

longueur totale 40 ml volume de matériaux à décaisser 1600 m3

matériaux rocheux 100-200 1000 m3

enrochements 500 600 m3

- 10 -

8 - CONCLUSION

Le glissement de terrain affectant le talus du CD 73 entre les profils 63 et 64 s'apparente à un glissement plan. Les formations de surface (arènes argilo-sableuses) se sont désolidarisées du substratum rocheux altéré sous-jacent, à la faveur de circulations d'eau à l'interface des deux couches, et sont venus buter sur les gneiss plus ou moins altérés présents au pied du talus.

De part et d'autre de cette zone, des indices sont visibles ; ils laissent à penser à une possible apparition de phénomènes semblables.

De plus, le talus a subi d'autres désordres (glissements très superficiels de terre végétale) en divers endroits entre les profils 59 et 66.

Afin de remédier à ces divers désordres et de prévenir leur réapparition, il est nécessaire de prendre les mesures suivantes :

- sur l'ensemble de la zone (entre les profils 59 et 66), réaliser un drainage au sommet du talus, afin d'intercepter les écoulements ;

- au droit des glissements des profils 63 et 64 et sur les zones voisines, décaisser les matériaux glissés, les remplacer par des enrochements et reconstituer une butée de pied saine chaque fois que l'altération du rocher le rendra nécessaire ;

- sur le reste de la zone, substituer à la terre végétale et aux arènes de surface, sur 1 m d'épaisseur, des matériaux rocheux de petite dimension.

Les calculs de stabilité effectués sur le talus ainsi traité conduisent à un coefficient de sécurité supérieur à 1,5.

Les différentes solutions représentées par des profils types devront être adaptées aux configurations réellement rencontrées.

C L I C H E S P H O T O G R A P H I Q U E S

• Vue du glissement principal (le 08.01.1991)

• Vues de l'ensemble du talus (le 28.01.1991)

VUE GENERALE DU GLISSEMENTle 8.i.i99i

P60

m

F I G U R E S

CARTE DE SITUATIONEchelle 1/25 000

Figure 1

#32 06/

Figure 2

PLAN DESCRIPTIF DU GLISSEMENT

Echelle 1/200

A*ejhe&B-

PL1

Soulèvement des gneiss offleurant\

Cunette

Wl 1

^ / " N Massif argileux \^> CO

U_/ w \s

Ï!XJ

Affleurement rocheux

m \PL2

.Cuite tte *****

7»n/> rtfi soulèvement des canettes

Enrochements chahutés et en

partie recouverts

Axe chaussée.

R3Z06Í

PLAN DESCRIPTIF DES DESORDRES

ENTRE LES PROFILS 59 ET 66

ECHELLE 1/500

Figure 3

P53 P60 P6Î P62 Leger gonf/emenb

P63 P6U P65 P66

Ravinement P67 P68 P69 P70

G/i'ssemenb T-V. en partie haute

/?3206r

Figure k

,

• *

SONDAGE NT B R G M

REFFRFNnF F.CHANTIl.l ClH Dàrd'lUVJ

MATiiRF qore

ri AS^iFir.ATinN R T R

ESSAI DE CISAILLEMENT

RECTILIGNE

KPo\ fu Cu

r c

PIC

^^"^

^ ^

PALIER

8° .

63 kPa

^ ^

^ ^ ^

300

250

200

150

100

Lu

50

g_

r̂

0

u\ (KRi)

i k

50

—

—

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—

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—

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—

—*

—

.....

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%

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<77i(KPa)

R32061

Figure 5

DIFFERENTS TYPES DE DESORDRE

ECHELLE 1/100

COUPE 1

Substratum

rocheux

COUPE 2a

Gneiss altéré

Substratum rocheux compact

COUPE 2b

R3Z06T

Figure 6

COUPE DE PRINCIPE DES AMENAGEMENTS

ECHELLE 1/100

SOLUTION

Blocaille

Substratum rocheux

SOLUTION

Blocaille

Drain

p TPncf

Figure 7

PLAN DES AMENAGEMENTS

ECHELLE 1/500

SOLUTION 2b

P59

Axe chaussée

Canalisation Ó loo

Tranchée drainante

R32 06Í