Dans les
régions de sols karstiques, solubles (gypse) ou comportant des
risques d’effondrements localisés dus à la
présence de cavités souterraines (carrières
abandonnées, anciennes mines), des désordres en surfaces
peuvent apparaître (affaissement, mise à jour de fontis)
et engendrer, souvent brutalement, des dégâts au
bâti et aux infrastructures routières ou
ferroviaires.
Pour parer un tel
risque deux méthodes existent. La première, la
méthode active, consiste à repérer les cavités
risquant de s’effondrer par le biais des techniques de
reconnaissance vues précédemment et de combler le vide
pour éviter sa remontée jusqu’à la surface
(mise à jour du fontis, ou affaissement localisé).
Cependant, cette solution est très onéreuse (utilisation
des méthodes de reconnaissance sur un terrain pouvant
être très vaste) et la détection des cavités
souterraines, d’origine naturelle ou anthropique, n’est
pas fiable à 100% quelle que soit la position et la taille des
vides, d’autant plus que ceux-ci peuvent se trouver à
grande profondeur.
La seconde
méthode, méthode passive, consiste à renforcer les
assises routières et ferroviaires par une nappe
géosynthétique de forte rigidité placée à
leurs bases. Cette solution permet de limiter, dans
l’éventualité d’un effondrement du sol sous
le remblai d’assise, les déformations de surface à
des valeurs admissibles permettant une traficabilité
acceptable jusqu’à ce qu’une réparation
définitive puisse être effectuée. La brutalité
de l’effondrement est aussi diminuée en minimisant sa
portée, permettant ainsi de disposer d’un délai
suffisant pour traiter le problème. Les nappes de
géotextiles reprennent alors temporairement et sans trop de
déformations la charge du remblai. C’est cette
méthode que nous nous proposons d’étudier
ici.
La première
phase du dimensionnement est une phase de concertation avec les
géologues pour permettre de déterminer la taille probable
du fontis. Cette détermination s’appuie sur
l’observation de la formation géologique et
l’étude des fontis présents. Une approche
statistique peut venir confirmer le résultat obtenu. Ce
dispositif concerne des effondrements de faibles ampleurs se
rapportant à des cavités de petit diamètre
(diamètre maximal de l’ordre de 4 m) situées à
moyenne et grande profondeurs (ce qui complique leur localisation
à l’heure actuelle).
Il est aussi
nécessaire de connaître le poids du remblai qui va
être mis en œuvre au dessus de la surface du fontis
(force de poinçonnement) et les caractéristiques des
géotextiles pouvant être utilisés pour le
renforcement.
Le principe
général du renforcement est le
suivant :
Figure 11
: Principe du renforcement d'un remblai sur fontis (d'après
J.C. Blivet)
g,
j’ et
c’ sont les caractéristiques du matériaux de
remblai (respectivement le poids volumique, l’angle de
frottement et la cohésion). J et
Tf sont respectivement la rigidité et
la résistance en traction du
géotextile.
On suppose la
cavité circulaire de diamètre B (conditions
axisymétriques) et de longueur infinie et de largeur B
(conditions de déformations planes). Le diamètre B de la
cavité est obtenu à l’issue de l’analyse
géologique et à partir de l’expérience
géologique régionale.
Lorsque
l’effondrement se produit, le géotextile se déforme
comme une membrane (uniquement en
tension) :
Figure 12
: Déformation du géosynthétique (d'après J.C.
Blivet)
Bs est le diamètre
du sol en surface, dg la flèche du
géotextile et ds la déflection
à la surface du remblai.
Un équilibre
est alors atteint.
On a le schéma
des forces suivant au niveau du
géotextile :
Figure 13
: Schéma des forces au niveau du géosynthétique
(d'après J.C. Blivet)
La charge q
sur le géosynthétique dépend du comportement du sol
de remblai. En première approche, on suppose la charge
q est verticale et uniforme (q =
sv).
L’hypothèse d’une
déformation parabolique du géotextile est aussi prise
ici.
Le dimensionnement
doit fournir la résistance en traction
Tf et la rigidité J que doit
avoir le géotextile de renforcement pour que
l’équilibre soit atteint. Les données
d’entrée étant la géométrie du remblai et
la déflection admissible à la surface du
remblai.
1. Le phénomène fontis
