reconnaissance de la zone À drainer - …infoterre.brgm.fr/rapports/77-sgn-436-bdp.pdfs.n.c.f. f...

S.N.C.F. fRÉGION PARIS SUD-OUEST

.i i

TUNNEL DE LA FAISANDERIE À VILLENEUVE-LE-ROI

11 (Val-de-Marne) ¡

RECONNAISSANCE DE LA ZONE À DRAINER

par

M . CAILLOL

avec la collaboration de Ch. FREY

é

' ^ • !

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63. 80.01

Service géologique régional BASSIN DE PARIS

65, rue du général-Leclerc - B.P. 34 , 77170 Brie-Comte-Robert

Tél.: (1)405.27.07

t y

77SGN436BDP Brie-Comte-Robert, septembre 1977

S.N.C.F.- REGION PARIS-SUD-OUESTTUNNEL DE LA FAISANDERIE A VILLENEUVE-LE-ROI

(Val de Marne)

RECONNAISSANCE DE LA ZONE A DRAINER

-o-o-o-o-o-o-

RESUME

A la suite de notre enquête préliminaire sur l'origine des

venues d'eau dans la partie sud du tunnel (rapport 76 SGN 305 BDP),

l'exécution de 12 sondages à l'extérieur de l'ouvrage a montré que les

niveaux perméables ont une extension limitée et sont situés à une alti-

tude plus élevée que celle qu'on envisageait au vu des documents existants.

Il paraît ainsi difficile d'envisager de forer des drains depuis

l'intérieur du tunnel.

On pourra s'orienter vers un dispositif extérieur à l'ouvrage

consistant en un puits à drains rayonnants foncés à la demande dans les

niveaux sableux et fonctionnant soit le temps de colmater les fissures

de la clé de voûte, soit en permanence, l'écoulement des eaux se faisant

alors au travers d'une conduite perçant le piédroit ouest du tunnel.

77 SGN 436 BDP

S O M M A I R E

RESUME

I. - INTRODUCTION 1

II. - RESULTATS DES TRAVAUX ENTREPRIS 2

2.1 Sondages 2

2.2 Essais 3

III. - DISPOSITIF DE RABATTEMENT 6

IV. - CONCLUSIONS 9

ANNEXES

A.l Coupes des sondages et diagraphies de radioactivité

A.2 Essais de perméabilité

PLANCHES HORS TEXTE

PI. 1 Implantation des travaux à 1/200

PI. 2 Profil géologique à l'amont du tunnel

- 1 -

I. - INTRODUCTION

Les venues d'eau dans la partie sud du tunnel de la Faisanderie

sont occasionnées par la présence de fissures dans l'ouvrage, par lesquelles

s'écoule la nappe superficielle qui règne dans les limons et sables collu-

vionnés reposant sur des marnes plastiques imperméables (Réf. rapport

B.R.G.M. 76 SGN 305 BDP).

Afin de stopper ces arrivées d'eau tout en améliorant la stabilité

de l'ouvrage, il était proposé de foncer des drains à travers le piédroit

de l'ouvrage. Toutefois* l'hétérogénéité des matériaux encaissants apparaissant

sur le profil géologique dressé lors de la réalisation du tunnel imposait de

préciser leur emplacement de manière à ce qu'ils intéressent effectivement

des matériaux perméables.

Le présent rapport présente des résultats de la reconnaissance

qui a été conduite dans ce but.

Elle a consisté en :

- l'exécution de 12 sondages à la tarière implantés pour la plupart selon

un profil amont parallèle au piédroit ouest de l'ouvrage j

- l'enregistrement de la radioactivité naturelle des terrains encaissants ;

- l'équipement des sondages en piézomètres destinés à constituer un réseau

de surveillance de la nappe j

- la réalisation d'essais de perméabilité par pompage ou injection dans les

piézomètres.

- 2 -

II. - RESULTATS DES TRAVAUX ENTREPRIS

2.1 Sondages

Douze sondages ont été réalisés à la tarière B.30 en diamètre

150 mm environ, depuis le terrain de sport qui domine le tunnel. Onze

d'entre eux ont été réalisés à l'amont ; le douzième à l'aval, en des

emplacements précisés au fur et à mesure de l'avancement des travaux en

fonction des résultats recueillis.

Les sondages ont tous été arrêtés dans les argiles vertes ou

les marnes blanches entre 8,3 et 13,2 m de profondeur à l'exception du

S1Q qui a refusé à 7,8 m sur la maçonnerie du tunnel et du S.- qui a

refusé à 13,2 m sur de gros blocs de silex.

Les coupes géologiques de ces sondages, précisées par les

diagraphies de radioactivité, ont permis de dresser le profil de la

planche 2.

Ce document reflète la différence sensible entre le profil

géologique présumé et celui effectivement mis en évidence.

Les terrains colluvionnés superficiels sont constitués en majeure

partie par des limons silteux bruns à gris, localement argileux à très

argileux ou légèrement sableux, dont l'épaisseur passe rapidement de 2,5 à

9 m, et par des intercalations discontinues de sable fin limoneux à argileux,

assez hétérogènes, d'épaisseur décimétrique à métrique.

- 3 -

Ces formations reposent sur des argiles vertes épisodiques,

doht l'épaisseur n'excède pas 3 m, ou directement sur les marnes

blanches calcareuses sous-jacentes qui constituent le substratum du

site. Il s'agit d'un matériau compact dans lequel les sondages ont ra-

pidement obtenu le refus après y avoir pénétré d'un mètre ou deux.

2.2 Essais

Les piézomètres dont ont été équipés les sondages (à l'exception

du S„ qui n'a traversé que des terrains pratiquement imperméables) sont

constitués de tubes en PVC épais, 0 50 mm environ, autour duquel a été

mis en place un massif de graviers roulés. Ils ont été développés à l'air

comprimé et à l'eau sauf les S. et S.~ °.ui s e sont avérés secs.

Compte tenu de la très faible perméabilité des matériaux,

il n'a pas été possible de réaliser d'essais représentatifs en cours

de sondages. Après leur équipement, on a procédé à des essais d'eau

qui ont pour la plupart consisté à mesurer la descente après remplis-

sage du sondage. Seul le sondage SD a permis la réalisation d'un essai

à niveaux stabilisés sous injection de débits constants.

L'interprétation de tels essais est délicate du fait qu'il

est difficile d'appréhender l'épaisseur des terrains effectivement absor-

bants. Les résultats obtenus traduisent ainsi la perméabilité moyenne

des horizons les plus perméables. Les valeurs obtenues sont cependant

homogènes et tout à fait conformes avec celles qu'on obtient dans des

formations analogues.

Le tableau ciraprès récapitule l'ensemble des résultats :

- 4 -

Sondage

VS3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

S11

Profondeur(m)

0 / 8.3

6.1/10.1

6.1/10.1

4,3/ 8,3

5 / 9.8

8.2/10.7

7 /10.1

6.2/ 9.5

4.7/ 7

Coefficient deperméabilitéK x 10-8 m/s

2

9

15

9

200

300

2900 à 5000

1500 à 5500

1000

Nature du matériau

Limon, argile etmarne

Argile et marne

• m

Argile et silex

Limon í sableux

Sable argileux

Sable argileux

• m

En définitive, on pourra retenir les valeurs moyennes suivantes :

,-7 m/s- Limons k 10

- Sable ± argileux

- Argiles et marnes : pratiquement imperméables.

— fi5.10 m/s

La piézométrie de la nappe phréatique au moment des travaux

confirme que "1'aquifère" est très hétérogène, le niveau de l'eau ondulant

d'un piézomètre à l'autre au gré de la perméabilité locale du matériau.

On note également une dépression très nette à l'aplomb du.-"áonc|age s implanté

dans la zone des venues d'eau, ce qui est l'indice du drainage local, de la

nappe par le tunnel.

- 5 -

Deux relevés de niveaux statiques ont été réalisés, l'un après la fin

des essais de perméabilité, l'autre au début du mois de septembre.

Piézomètre-

S1 .

S3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

S10

S11

S12

Profondeur du piézomètre

SOUS J.B SOI(m)

0.06

0.11

0.13

0,08

0,23

0.22

0.15

0.10

0.19

0,09

0,05

Profondeur de ]

13.7.77

sec à 7,8 m

4,45

4,40

3,58

4.37

8,93

3.92

4,34

5.96

6,00

sec à 10,5 m

t

L'eau sous le sol

7.9.77

sec à 7,8 m

4,86

4.91

4,96

4,60

8.92

4,45

4,62

6,13

6,15

sec à 10,5 m

II sera souhaitable de relever périodiquement le niveau de la nappe de

manière à s'assurer de l'efficacité à terme des travaux qui auront été

entrepris pour supprimer les venues d'eau dans l'ouvrage.

- 6 -

III. - DISPOSITIF DE RABATTEMENT

Le principe de rabattement de la nappe par drainage depuis des

drains latéraux forés au travers du piédroit ouest sous la naissance de la

voûte, avait été dicté par des considérations techniques et au vu du profil

géologique présumé indiquant la présence assez régulière de "sable jaune

argileux mouillé" qu'on pouvait supposer assez perméable.

Les sondages réalisés ont, en fait, mis en évidence une structure

assez différente et, en particulier, n'ont pratiquement jamais rencontré

de niveaux perméables sous la naissance de la voûte. Les niveaux sableux

ont, par ailleurs, une distribution très irrégulière et il ne s'en trouve ,

sous la clé de voûte, que dans la partie nord entre S et S. .

Ainsi, un drainage depuis l'intérieur du tunnel ne serait

éventuellement possible que ponctuellement près de la clé de voûte, ce

qui limiterait la décharge potentielle, rendant le succès de l'opération

aléatoire, et poserait des problèmes de réalisation et de collecte des

eaux au-dessus des caténaires.

En conséquence, il paraît difficile d'imaginer d'autres solutions

que celle consistant à drainer l'ouvrage depuis l'extérieur.

La réalisation d'une tranchée collectrice profonde de 8 m environ

serait difficile à réaliser et mobiliserait une superficie importante du'

terrain de sport.

La réalisation d'une batterie de puits de rabattement entraînerait

des sujétions de fonctionnement et d'encombrement, les risques de colmatage

progressif de ces ouvrages n'étant pas en outre à écarter.

- 7 -

La solution qui nous paraît la plus réaliste consisterait à foncer

Jusqu'à une douzaine de mètres de profondeur un puits duquel partirait vers

8 m de profondeur une série de drains rayonnants.

Cs puits serait réalisé à proximité de la fouille ouverte en 1976.

Le nombre et la longueur des drains devraient être précisés à l'exécution

en fonction de la nature et de la production des niveaux effectivement

traversés. On peut estimer que 6 drains de 6 m de longueur devraient suffire

à rabattre la nappe.

Les eaux ainsi recueillies dans le puits seraient ensuite soit

extraites par pompage le temps de procéder à la réfection des zones fissurées

du tunnel, soit conduites gravitairement à l'intérieur de l'ouvrage par une

conduite débouchant dans le piédroit.

L'estimation du débit d'un tel dispositif est d'autant plus délicate

que l'hétérogénéité des couches est grande tant en ce qui concerne leur répar-

tition que leurs caractéristiques hydrauliques.

De la sorte, l'application des formules théoriques fondées sur

des hypothèses simplificatrices outrancières n'a pas beaucoup de sens.

Disons que pour apprécier très grossièrement l'ordre de grandeur du débit

des drains on pourrait raisonner sur le schéma de principe suivant :

Cote

50

4746 ,

44 I-

Niveau de la nappe au repos

ho

hd

Niveau dynamique de la nappeNiveau des drains

Mur de la nappe

- 8 -

—fi

Avec : K • perméabilité des niveaux perméables = 5.10 m/s

Ra = rayon d'action du puits = 50 m

ç • longueur des drains = 6 m

rd - rayon des drains = 0,05 m

n • nombre de drains = 6

f (n) = donnée par abaque ,

l'application de la formule de Schneebeli

Ç)n « UK ÜSlLl

i_l—7—?-l + f in) — i_n r~Sin - ~

hd

conduit à Q = 0,4 mVh

Profitant des reconnaissances systématiques qui vont être entreprises dans

le tunnel pour contrôler l'état des maçonneries, on pourrait exécuter deux

forages dans les zones de sables mises en évidence à l'aplomb du S entre 7

et 10 m de profondeur et entre le SD et le S.n vers 7 à 8 m de profondeur.O TU

Des mesures continues du débit de ces forages et le contrôle de l'évolution

du niveau de la nappe dans les piézomètres existants permettront de mieux

appréhender les caractéristiques globales des formations encaissantes et

d'apprécier l'efficacité réelle du dispositif proposé.

- 9 -

IV. - CONCLUSIONS

Les sondages et essais réalisés ont mis en évidence une répartition

très hétérogène des formations géologiques à l'amont du tunnel. L'altitude

à laquelle sont situés les niveaux les plus perméables ne permettra pas de

mettre en place à l'intérieur du tunnel une batterie de drains comme cela

avait été initialement envisagé au vu de la coupe géologique schématique qui

nous avait été transmise.

On pourra s'orienter vers un dispositif, de drainage extérieur au

tunnel, consistant en un puits à drains rayonnants fonctionnant le temps

de procéder aux travaux de réfection des zones fissurées, ou recueillant en

permanence les eaux avant qu'elles ne s'écoulent par une canalisation les

conduisant à l'intérieur du tunnel.

ANNEXE 1

COUPES DES SONDAGES ETDIAGRAPHIES DE RADIOACTIVITE

PIEZOM. COUPE GEOLOGIQUE

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nondéveloppé

2.1

3,5

Limon brun à gris silteux

Silex enrobés de limon silteux,argileux et tourbeux

Gros silex, blocs de meulièreet sable très grossier argileux

Marne verte

Arrêt à 8,7 m de profondeur

0 T7

- 2 -

- 3 -

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5 -

6 -

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PIEZOM. COUPE GEOLOGIQUE Y RAY

.Limon brun clair silteux -Passées de sable gris fin

2,4

Limon brun clair silteux -Passées de sable gris - Petitssilex - Galets de silex vers 3 mSable gris argileux entre 4,6 et5 m

6,7

7.2 Argile grise sableuse à silex7.6 Silex enrobés de limon argileux

Marne verte et silex devenantblanche a lo boae


•0 -r

- 1 -

- 2 -

- 3

- 4

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- 7

- 8

- 9 -

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-11 -

-12-

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Développement àl'air et à-ul'eau

Limon si-lteux brun

1,8

Limon brun à gris, siltaux,très argileux avec nodulesd'oxyde de fer (F 0)

5,5

Argile grise sableuse

7,3776 Arpile brune sableuse à silex

Q . Marne verte

Marne blanche

Arrêt à 1G,2 m da profondeur

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- 2 -

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4 -

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Développement àl'air et à l'eau

Limon brun à gris silteux

1.7

2,5 Limon à silex

Limon brun à gris silteux avecblocs de calcaire + F 0

e

Argile sableuse grise

6.26,7 Argile sableuse brune

7 3 Marne verte, silex et meulière

7.7 Arpólo sablñuse brune à silex •

8,2 Marne verte à grise

Marne blanche


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Développement àl'air et à i 'eau

Limon silteux brun + F 0e

1.8

Limon très argileux brun'à passées sableuses grises +F 0e

4,3

Argile sableuse grise

6.6

7,5 Gros silex enrobés de limon brun

Gros silex dans matrice argileus<¡_


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Limon silteux brun à gris

2,8

Limon argileux brun, cailloux. de calcaire • F 04 e

Argile sableuse grise veinée5,1 de brun

Limon sableux brun

6,7

Silex et sable grossier dansmatrice limoneuse assez argileuse

„ Sable fin à grossier argileux bru, o

11Marne verte

Marne blanche


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Limon brun à passées de sablegris + F 0

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5,5

Limon sableux brun à silexNiveau plus sableux entre 6et 6,4 m

9.4

11 Sable brun très argileux à silex

10,7 Sable argileux

11,3 Marne verte

Marne blanche

Arrêt à 13 m de profondeur

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Remblais sablo-argileuxScories noirâtres

Sable très fin brun, argileux*".

Limon brun sableuxassez argileux

7,2

Sable brun, argileux, pluscompact à partir de 9,2 m

10.1

Marne blanchs

Arrêt à 11 m de profondeur

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Développement àl'air "et à l'eau

1,9

2.3

5.8

9.5


argileux

Limon tourbeux

Limon sableux brun clairà silex

Sable argileux brun clair

g 4 Sable brun noirâtre

Sable brun

Sable brun compact trèsargileux

Marne blanche


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1.31,7 Silex, meulière et limon sableux_2,1 Sable brun légt argileux [gris

3,8

6.4

Limon sableux brun gris

Limon argileux et sableuxà silex

Sable brun argileux

Sable gris humidB

Arrêt à 7.8 m de profondeur(sur maçonnerie du tunnel ?)

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Limon sableux + Fe0

Sable brun clair à petitespassées argileuses

Sable argileux brun à silex

Marne verte

Marne blanche


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ANNEXE 2

ESSAIS DE PERMEABILITE

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20

5.0.NOAû£ &5.LJ


(Val de Marne)


-o-o-o-o-o-o-

' RESUME


venues d'eau dans la partie sud du tunnel (rapport..76 SGN 305 BDP3,



tude plus élevée que celle qu'on envisageait au vu des documents existants.


l'intérieur du tunnel. .





alors au travers d'une conduite perçant le piédroit ouest du tunnel. • .

77 SGN 436 BDP


(Val de Marne)


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' RESUME


venues d'eau dans la partie sud du tunnel (rapport 76 SGN 305 BOP),



tude plus élevés que celle qu'on envisageait au vu des documents existants.


l'intérieur du tunnel. . •





alors au travers d'une conduite perçant le piédroit ouest du tunnel.

77 SGN 436 BDP

reconnaissance de la zone À drainer - …infoterre.brgm.fr/rapports/77-sgn-436-bdp.pdfs.n.c.f. f...

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