Caractéristiques géométrique du barrage

Caractéristiques géométrique du barrage

Impact des infiltrations sur la stabilité des barrages

INTRODUCTION

L’écoulement d’eau dans le corps de barrage et sa fondation menace la stabilité de l’ouvrage hydraulique, qui peut subir le phénomène d’érosion interne ou bien externe. Ces actions causent des endommagements très graves et irréversibles.
Généralement les barrages en remblais sont plus susceptibles à la rupture progressive du à l’érosion externe ou interne, par contre les barrages en béton risquent d’avoir des ruptures instantanées et immédiats partielles ou totales.

EROSION INTERNE

L’érosion interne résulte du détachement et du transport de matière sous l’effet d’un écoulement d’eau, dans le corps d’un barrage ou dans la fondation. Lorsque le transport est un charriage concentré dans un conduit, c’est un renard. Lorsque le transport est diffus à travers la matrice solide et ne concerne que les fines en suspension, c’est une suffusion. (BONELLI, 2001).
Ces deux notions fondamentales dans le processus d’érosion interne sont le gradient hydraulique et la vitesse critique de percolation. Elles interviennent à tous les stades d’arrachement des grains ou de transports.
Le gradient hydraulique est représenté par :Avec : H : la charge hydraulique. L : la longueur de percolation.
La vitesse de percolation est représenté par:Avec : k : le coefficient de perméabilité de sol.
i : gradient hydraulique.
Lorsqu’il y a un arrachement de particules dans le sol, la vitesse de percolation est nécéssairement une « une vitesse critique » pour le milieu traversé par l’écoulement. Elle peut être atteinte par une augmentation de k ou une augmentation de i.
Ces gradients élevés peuvent avoir trois origines : Une erreur de conception de barrage ; Des négligences de chantier ; Une cause accidentelle.
On admettra aisément qu’il est difficile de connaître dans le détail les variations de la perméabilité au sein d’un remblai ou d’une fondation, comme il est difficile d’estimer les pertes de charges le long de filets liquides autrement que d’une manière globale entre l’amont du barrage et un exutoire connu (drain, recharge, pies aval, puits, etc…).
Le gradient hydraulique global est, finalement, le seul paramètre aisément quantifiable. C’est aussi un paramètre modulable. Si on admet que H est une valeur définie au projet (hauteur d’eau), la valeur de i dépend de L c’est-à-dire de la longueur de percolation sur laquelle on peut agir. C’est ce que l’on fait en s’appuyant sur la règle empirique de Lane pour se préserver d’un phénomène d’érosion interne de fondation. (LAUTRIN, 2003) Lane a démontré, par l’étude du comportement de 280 barrages en béton sur des alluvions diverses, qu’il existait une longueur critique de percolation en fonction de la nature des sols, donnée par la relation suivante :
L’application de cette relation, bien qu’elle ne soit pas exactement extraptable à la fondation d’un barrage en terre déformable (la règle de Lane est par contre directement applicable aux percolations sous un évacuateur de crues de surface ou le long d’une canalisation), donne un ordre de grandeur de la longueur de percolation suceptible de protéger la fondation d’un barrage du phénomène d’érosion interne et on applique couramment. (LAUTRIN, 2003).
Ceci revient à définir un gradient hydraulique critique :
Selon l’équation, le quotient de la charge H par la longueur d’échantillon L correspond au gradient hydraulique i. la valeur de i pour des conditions de boulance s’appelle le gradient hydraulique critique ic. (Robert D. Holtz,1981).
Dans la pratique, chaque fois que le gradient calculé entre l’origine d’un écoulement et un exutoire connu, ou possible, ne sera pas inferieur au gradient critique (on notera que le gradient hydraulique critique peut être très inferieur à 1) corespondant aux matériaux concernés par l’écoulement, on modifiera la structure du barrage en allongeant les percolations autant que faire ce peut, ou bien on bloquera par les fltres toute possiblilité d’entraînnement des fines par l’élément liquide, ou bien encore on s’opposera à toute percolation par la mise en place d’ércans pour protéger l’ouvrage, ou une partie de l’ouvrage, de l’érosion interne.
Les mêmes précautions devront être prises pour un grand ou un petit barrage. il ne faut pas croire, en effet, qu’un petit barrage soumis à une faible charge est moins vulnérable qu’un grand sur ce point. Les gradients hydrauliques sont du même ordre de grandeur dans les deux cas et les précautions techniques doivent être les mêmes. (LAUTRIN, 2003) Si l’ouvrage est conforme aux règles de l’art en matière de choix technique et s’il est bien réalisé, le phénomène d’érosion interne ne peut plus se produire qu’accidentellement.
Selon (FOSTER, et al., 1999), on peut illustrer ce phénomène en quatre (04) phases (ROMAIN, 2007): Initiation, Filtration, Développement des désordres,Brèche.

L’initiation

Selon la typologie IREX, huit phénomènes peuvent être initiateurs de l’érosion interne qui peut se développer selon deux types de transports différents (l’arrachement et le transport des particules). (BLAIS, 2005)

La boulance

La boulance ou l’annulation de la contrainte par le gradient hydraulique est l’état d’un volume de sol dans lequel les grains flottent dans une phrase liquide continue sous l’action d’une pression d’eau qui annule la contrainte effective de sol. Ce phénomène se produit de temps en temps à l’aval de l’ouvrage ou juste au pied du talus.
En général, ce phénomène se produit lorsque le gradient hydraulique issu d’un écoulement d’eau est vertical ascendant et produit une force supérieure au poids déjaugé des particules. (NGUYRN, 2014)

La suffusion

La suffusion est un phénomène de mouvement des grains de petite taille à travers le squelette constitutif d’un sol ou à travers les pores compris entre les grandes particules. Ce phénomène se produit lorsque la vitesse locale ou le gradient local dépasse une certaine limite. Il en résulte qu’il apparaît une redistribution des fines dans le sol. (NGUYRN, 2014)
La suffusion interne, appelée suffusion volumique, se développe au sein d’une masse de sol dont la granulométrie n’assure pas l’autofiltration. Ce phénomène se rencontre notamment au sein d’arènes granitiques ou dans les remblais morainiques.
La suffusion surfacique, ou la suffusion de contact, se développe à l’interface d’un matériau grossier et d’un matériau fin sous l’action d’un écoulement parallèle ou perpendiculaire à l’interface. Ce phénomène est fréquent dans les fondations alluviales, soit à l’interface de l’ouvrage et de la fondation, soit au contact des structures à l’intérieur d’un ouvrage et des matériaux contours, soit au contact entre un limon et un gravier superposés dans la fondation.
La suffusion externe se développe à l’interface d’un matériau et de la rivière ou à l’air libre par un écoulement parallèle, perpendiculaire ou incliné par rapport à l’interface. (BLAIS, 2005)

L’érosion régressive

L’érosion régressive est le phénomène d’arrachement des particules de sol une à une par la pression de l’eau. Ce phénomène se produit en un point à l’aval et se propage ensuite vers l’amont. Lorsque ce processus apparaît, il se forme un renard hydraulique à l’intérieur de l’ouvrage. (NGUYRN, 2014).
Il existe deux types d’érosion régressive :
Le déchaussement, ce type d’érosion concerne les remblais. En pied de pente, les forces liées à l’écoulement résurgent provoquent la déstabilisation de matériaux qui forment le squelette du sol. Ces matériaux sont progressivement évacués par l’écoulement, ce qui déstabilise le remblai, dont le glissement fournit de nouveaux matériaux qui sont à leur tour entraînés. Le processus perdure par augmentation des gradients hydrauliques (diminution du chemin hydraulique) et/ou affaiblissement du remblai (augmentation de sa pente avale).
L’érosion régressive par conduit, un ou plusieurs conduits se développent depuis l’aval et progressent par érosion des matériaux qui forment l’extrémité amont du chenal. (ROMAIN, 2007)

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : SECURITE DES BARRAGES
I. INTRODUCTION
II. PROFILS DES BARRAGES
II.1.Caractéristiques géométrique du barrage
II.2.Utilité des barrages
II.3.Type des barrages
II.3.1. Barrage en béton ou maçonnerie
II.3.2. Barrage en terre
II.3.2.1. Facteurs de conception des barrages en terre
II.3.2.2. Types de barrage en terre
II.3.2.3. Exigences de la conception d’un barrage en terre
II.3.2.4. Avantages et inconvénients des barrages en terre
III. FONDATIONS DES BARRAGES
III.1. Types de fondation
III.2. Caractéristiques des fondations
III.3. Exigences des fondations
III.4. Type d’étude à faire pour les fondations
IV. ANALYSE DES RUPTURES DES BARRAGES
IV.1. Introduction
IV.2. Causes de rupture des barrages
IV.3. Statistiques des ruptures
V. MODES DE RUPTURE DES BARRAGES
V.1.Modes de rupture des barrages en béton
V.2.Modes de rupture des barrages en remblai
VI. CONCLUSION
CHAPITRE 2 : IMPACT DES INFILTRATIONS SUR LA STABILITE DES BARRAGES
I. INTRODUCTION
II. EROSION INTERNE
II.1.L’initiation
II.1.1. La boulance
II.1.2. La suffusion
II.1.3. L’érosion régressive
II.1.4. Le débourrage
II.1.5. La dissolution
II.1.6. La dispersion
II.1.7. L’entraînement
II.1.8. L’exsolusion
II.2.La filtration
II.3.Le développement des désordres
II.3.1. La suffusion
II.3.2. Le renard
II.4.Les modes de rupture
II.4.1. La rupture par renard
II.4.2. La rupture par suffusion
III. LUTTE CONTRE L’EROSION INTERNE
IV. CONCLUSION
CHAPITRE 3 : MAITRISE DES INFILTRATIONS DANS LES BARRAGES EN TERRE
I. INTRODUCTION
II. TYPES D’ORGANES D’ETANCHEITE DANS LE CORPS DES BARRAGES
II.1.Noyaux aux matériaux argileux
II.2.Noyaux en béton bitumineux
II.3.Masque amont
II.3.1. Masque en béton de ciment
II.3.2. Masque en béton bitumineux
II.3.3. Masque en acier
II.3.4. Masque en terre
II.3.5. Masque en membrane souple
III. TYPES D’ETANCHEITE DES FONDATIONS
III.1. Clé d’étanchéité
III.2. Paroi moulé
III.3. Tapis d’étanchéité amont
IV. CONCEPTION D’ECRAN ET TAPIS ETANCHE
V. TRAITEMENT DES FONDATIONS DES BARRAGES
V.1.Types d’injection
V.1.1. Injection des roches fissurées
V.1.2. Injection de remplissage de cavités
V.1.3. Injection des terrains alluvionnaires
VI. ROLE DES INJECTIONS
VII. INTERET DES INJECTIONS
VIII. BUT DES RIDEAUX D’INJECTION
IX. CARACTERISTIQUES DU PROCEDE D’INJECTION
IX.1. La pression d’injection
IX.2. Les propriétés du coulis frais
IX.3. Le nombre de ligne d’injection
IX.4. La profondeur des voiles d’injection
IX.5. Orientation des forages
IX.6. Emplacement entre les forages
X. FONCTION DES GALERIES D’INJECTIONS
XI. METHODE D’EXECUTION DES RIDEAUX D’INJECTION
XII. CARACTERISTIQUES DES COULIS D’INJECTION
XII.1. Types des coulis d’injection
XII.1.1. Les coulis stables
XII.1.2. Les coulis instables
XII.1.3. Les coulis liquides
XII.2. Caractéristiques des coulis
XIII. REPARTITION DE LA SOUS PRESSION EN FONDATION
XIV. TRAITEMENT DES FONDATIONS PAR DRAINAGE
XV. CONCLUSION
CHAPITRE 4 : ANALYSE DE L’INFLUENCE DE LA CONJUGAISON INJECTIONTAPIS AMONT ETANCHE
I. INTRODUCTION
II. PRESENTATION DU CODE DE CALCUL SERVANT A LA MODELISATION
II.1.Fonction du code de calcul
II.2.Consistance du code de calcul
II.2.1. Interface graphique du logiciel
II.3.Définition des éléments
II.4.Les méthodes de maillage
II.4.1. Le maillage libre
II.4.2. Le maillage tracé
II.5.Propriétés des éléments
II.6.Système d’unité
III. PRESENTATION DES DONNEES SERVANT A LA MODELISATION
III.1. Profil du barrage
III.2. Caractéristiques des matériaux
III.3. Profil de référence
IV. RESULTATS GRAPHIQUES ET ANALYTIQUES DE LA MODELISATION
IV.1. Barrage avec un seul rideau d’injection
IV.2. Barrage avec deux voiles d’injection
IV.3. Barrage en terre avec tapis amont étanche
IV.4. Barrage avec conjugaison voile d’injection-tapis amont étanche
IV.5. Barrage avec un rideau de drainage
V. CALCUL DU GRADIENT HYDRAULIQUE ET DEBIT DE FUITE
VI. INTERPRETATION DES RESULTATS ET CONCLUSIONS
CONCLUSION GENERALE
Références bibliographiques

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