Mécanisme de stabilisation par l’ajout de ciment

Mécanisme de stabilisation par l’ajout de ciment

Méthodes de détection de l’érosion

Il existe un grand nombre de méthodes de détection de l’érosion interne, souvent utilisé pour l’enquête de l’intégrité des barrages en remblai ou utilisés pour la réparation du barrage ou d’une enquête des dommages structurels existants. Ces méthodes ont la possibilité de détecter et de donner des avertissements précoces de l’érosion interne.

Surveillance

La surveillance des barrages est basée sur l’inspection visuelle et l’auscultation.
Ces deux méthodes sont complémentaires :
 l’inspection visuelle est une méthode qualitative qui est fondamentale car elle intègre la complexité du comportement de l’ouvrage ;
 l’auscultation est une méthode quantitative qui met en oeuvre une instrumentation et une analyse des mesures spécifiques à chaque ouvrage.
L’auscultation est indispensable pour le suivi du barrage, de sa conception à sa mise hors service.
C’est une composante de son comportement structurel et du contrôle de la sécurité. Elle est également précieuse pour faire progresser la connaissance sur le comportement et le vieillissement du barrage, et permettre d’améliorer les études et expertises dans leurs différents aspects techniques et économiques (Poupart et al., 2001). De ce point de vue, l’auscultation est une composante essentielle de progrès. Elle permet d’indiquer à l’exploitant avant qu’il ne soit trop tard les travaux de confortement nécessaires et, dans les cas extrêmes, les mesures d’urgence assurant la protection des populations en aval. (Bonillia et al., 2005)

Dispositif d’auscultation

Le but recherché est de réunir des informations suffisantes, en nombre et en qualité, pour détecter en temps utile les phénomènes évolutifs susceptibles de nuire à la sécurité de l’ouvrage. L’inspection visuelle est la partie majeure de la surveillance des barrages : elle permet souvent de détecter des désordres et anomalies affectant un ouvrage. Par contre, l’auscultation est une méthode quantitative basée sur l’utilisation d’instruments de mesure, choisis et positionnés pour rendre compte de l’évolution du comportement de l’ouvrage. Le dispositif d’auscultation doit donc être conçu en fonction du type, des dimensions et des particularités techniques du barrage.
Pour les petits barrages, le dispositif d’auscultation doit être constitué d’instruments simples, robustes et de lecture facile (Degoute, 1997) :

Mesure de la cote du plan d’eau

Cette mesure participe à trois objectifs :
 Améliorer la gestion de la retenue par une connaissance continue des volumes d’eau disponibles ;
 Participer à l’auscultation du barrage en permettant d’examiner l’influence de la cote de la retenue sur les mesures de certains instruments (en particulier débits et piézométrie) ;
 Enrichir les données hydrologiques par mesure des débits de crue.
La gestion d’un barrage vanné et l’amélioration des données hydrologiques justifient, dans certains cas, l’installation d’un limnimètre enregistreur. Dans tous les autres cas, et en particulier pour les besoins de l’auscultation, une échelle limnimétrique convient tout à fait pour la mesure de la cote du plan d’eau.

Mesure des débits

Deux procédés de mesure des débits sont envisageables
 Par capacité (mesure du volume recueilli dans une capacité jaugée pendant un temps donné) ;
 Par mesure de la lame déversant en amont d’un seuil calibré.

Mesure de la piézométrie

Il est important de vérifier dans la fondation et dans le remblai la position de la surface phréatique et l’évolution des pressions interstitielles.
On peut classer les appareils de mesure en deux types :
 Les piézomètres à tube ouvert dont la longueur crépine est de quelques dm à plusieurs mètres ;
 Les cellules de pression interstitielle (à corde vibrante, à contre-pression).
Les cellules de pression interstitielle fournissent des mesures ponctuelles précises et elles ont des temps de réponse plus rapides que les piézomètres.
Le piézomètre à tube ouvert, peu coûteux et de lecture aisée, permet de détecter les anomalies dans la fondation ou dans le talus aval.
On implante alors les piézomètres dans des profils rive à rive. Compte tenu du temps de réponse, le piézomètre à tube ouvert convient mieux aux terrains perméables.

Mesure des déplacements

On peut distinguer plusieurs types de mesure des déplacements :
 des mesures de déplacements absolus de repères du barrage par rapport à des piliers d’observation fixes implantés dans des zones non susceptibles d’être affectées par des mouvements; on peut réaliser des mesures altimétriques et des mesures planimétriques;
 des mesures de déplacements internes du remblai : verticaux à l’aide de tassomètres, horizontaux à l’aide d’inclinomètres ou d’élongomètres ;
 des mesures de déplacements relatifs des structures en béton : pendulent dans la tour de prise,
La mesure la plus courante est celle du tassement ; ce dernier évolue en général peu après quelques années. Il est important de commencer les mesures de tassement dès la fin du compactage des dernières couches du remblai au droit des joints de la galerie de visite.

Les méthodes Géophysiques

Des différentes méthodes ont été testées pour des enquêtes sur d’état des barrages et la détection des fuites sur les barrages en remblai. Johansson et al. (1995) résume les nouvelles méthodes possibles pour les enquêtes sur les barrages en remblai dans un rapport complet.
Pour la détection de l’infiltration anormale et l’érosion interne, cependant, il est conclu que la méthode d’auto-potentiel, la méthode de résistivité et la température peuvent avoir les meilleures perspectives. En plus de ces méthodes géophysiques, le contrôle de la turbidité ou hydro-chimiques de l’eau d’infiltration ont été considérés comme des méthodes intéressantes.

Mesure de température

Les mesures de température ont démontré une puissante méthode pour la détection des infiltrations élevées dans les digues (Johansson, 1997). La technique basée sur fait que l’augmentation des infiltrations affecte le profil de température dans le barrage. Cet effet de température peut être mesurée et liés au débit d’infiltration (Sjodahl, 2006).
Les mesures de température sont effectuées selon des profils transversaux et longitudinaux dans des piézomètres ou dans des tubages creux battus dans le sol au marteau pneumatique jusqu’à 15 à 20 m de profondeur. Une chaine de capteurs de température espacés de 1 m est introduite dans chaque tube et permet d’identifier la (ou les) zone(s) concernée(s) par les pics thermiques (Lautrin, 2003).

Méthode de résistivité

Les techniques géophysiques sont des méthodes indirectes de caractérisation des sols. Les méthodes de prospection électrique et électromagnétique ont été sélectionnées pour leur grande sensibilité aux paramètres des sols, en particulier l’humidité des sols, leur état de compactage, leur nature, leur structure et leur homogénéité. Des études seront faites pour combiner entre les variables géophysiques et paramètres d’état des sols.

Origine de la conductivité électrique des sols

Le sol est un milieu hétérogène triphasique. Le courant peut être, en théorie, conduit par chacune des 3 phases (gazeuse, liquide, solide). Cependant, la phase gazeuse est un très bon isolant. La conduction du courant a lieu dans les phases liquides et solides, et ce, grâce aux phénomènes suivants (Schneider, 2009).
Le courant se transporter par l’intermédiaire des ions et des complexes ioniques qui s’y trouvent. Il s’agit d’une conduction électrolytique dans la phase liquide. Qui est l’ensemble des constituants du sol, est isolante dans le cas de matériaux électriquement neutres et isolants, ou conductrice dans le cas contraire.

Sensibilité des méthodes géophysiques à l’érosion interne

La compréhension du l’effet d’érosion et leurs modification aux paramètres du sol il faut que les savoir avant l’approfondir dans les méthodes de la surveillance des ouvrages hydrauliques en terre.
Le transport et la perte de particules fines causent une augmentation de la porosité. C’est une augmentation qui pourrait conduire à une élévation de la perméabilité, participer à une hausse du flux d’infiltration et conduire à l’augmentation de la surface d’infiltration. Johansson et al.
(1995) ont montré que l’augmentation de la porosité affecte aussi les paramètres tels que la densité, la vitesse sismique, la permittivité diélectrique, la conductivité hydraulique, la température et la résistivité électrique. En général, la porosité, le flux d’infiltration et la pression dans les pores sont les paramètres physiques indicateurs de la présence d’érosion interne dits paramètres primaires. De l’analyse faite par Johansson, certains paramètres sont plus influencés que d’autres à la variation de ces paramètres primaires. Ainsi le choix porté sur une méthode associée à l’un des paramètres les plus influencés aurait une grande probabilité de détection des signes de l’érosion interne dans le barrage. Il serait donc plus probable que la thermométrie soit plus sensible à la variation du flux d’infiltration qu’aux changements de porosité dans le sol ou que la méthode de résistivité électrique ait une faible sensibilité dûe à la variation de la porosité et du flux d’infiltration (cité par Tchoumkam, 2010).

Principe de la méthode

La résistivité électrique, mesurée en Ohm-mètre (Ω.m). Elle quantifie l’aptitude du matériau à s’opposer au passage du courant électrique; son inverse, la conductivité électrique, exprimée en Siemens par mètre (S/m).
La résistivité électrique du sol dépend principalement de la porosité, de la saturation et de la composition du sol, notamment sa teneur en argile (Johansson, 1997; Beck, 2008). Ces dépendances font de la mesure de résistivité électrique une méthode de caractérisation des sols utilisée en géotechnique (Cunat, 2012).
Le principe de la méthode consiste à injecter un courant électrique continu ou alternatif à basse fréquence dans le sol à l’aide de deux électrodes. Deux autres électrodes, également implantées dans le sol, permettent de mesurer la différence de potentiel. Les quatre électrodes forment un quadripôle schématisé Figure 1.16 La mesure de potentiel couplée à la mesure d’intensité I (Ampère) du courant injecté permet de mesurer la résistivité apparente du sol ρa :
Cette dernière est proportionnelle au rapport de la différence de potentiel sur l’intensité du courant injecté. Le coefficient de proportionnalité K est un facteur géométrique fonction du positionnement des électrodes (Parasnis, 1996; Kunetz, 1966). La profondeur d’investigation des méthodes électriques varie en fonction de l’espacement inter-électrodes et est de l’ordre de 1/6ème à 1/8ème de la longueur du dispositif (Mériaux, 2004).

Types de mesures utilisées pour les digues

La prospection du champ de résistivité d’une zone peut être réalisée par différentes méthodes :
 le traîné électrique : la taille du réseau d’électrodes est fixe (espace inter-électrodes constant) mais est déplacé sur toute la zone de prospection ;
 le sondage électrique : après chaque mesure, les électrodes sont progressivement éloignées les unes des autres pour augmenter l’épaisseur de terrain prise en compte ;
 le panneau électrique : c’est une combinaison des deux méthodes précédentes. Des électrodes sont implantées sur toute la zone d’investigation. Le panneau peut être déployé en travers de l’ouvrage ou en long. Une électrode peut à la fois jouer le rôle d’injection ou de mesure de potentiel. La mesure est pilotée par un ordinateur qui réalise la combinaison des interrogations. Dans le cas des digues, qui présentent un caractère hautement 3D entrainant la formation d’artéfacts dans les résultats d’imagerie conventionnelle (1D ou 2D), des électrodes perpendiculaires au profil en long peuvent être utilisées.

Conclusion

Cette partie de recherche bibliographique a permet d’approfondir plus et de connaître l’érosion et ses différentstypes : interne, la surverse d’une part, et la dispersion des argiles d’autre part.
Le phénomène d’érosion interne est engendrée par les écoulements internes dans les ouvrages en terre qui arrachent et transportent une fraction des grains constitutifs du massif. Ces mécanismes sont responsables de la rupture d’ouvrages en terre récents. L’érosion interne est difficilement détectablesur site en raison de sa complexité et son caractère fortement évolutif.
Il est donc nécessaire de menerune étude paramétrique de l’érosion interne dès son initiation.
L’érosion externe ou surverse c’est un phénomène naturel qui se produit lorsque l’eau dépasse le haut niveau du massif, on conduit à la brèche directement et rapidement par l’érosion régressive.
L’effet de courant hydraulique peut crée des érosions au fond de la digue qui résulte une diminution de la pente locale qui compagne à une fatigue dans les caractéristiques mécaniques qui engendrée le phénomène du glissement.

METHODOLOGIE DE LA CARACTERISATION DE L’EROSION ET DE LA DISPERSION.

Introduction

L’identification est une étape préliminaire dans l’ensemble des travaux de génie civil. Elle consiste dans chaque projet de faire une étude d’identification au cours des différentes phases de la réalisation de ce projet.
Cette caractérisation est insuffisante pour notre problème de dispersion des argiles ils doivent assurer une étude complémentaire qui contient certaine nombre d’essais.
Les argiles dispersifs provoquent des catastrophes importantes ce qui exige une étude spéciale et profonde similaire à celle décrit au chapitre précédent.
Nous nous intéressant dans ce chapitre d’abord de donner une revue globale sur les essais conventionnels tel que : la granulométrie, les limites d’Atterbeg, la teneur en carbonate et la valeur bleu de méthylène des sols étudiés, ensuite on expliquant les essais de différents types d’érosion externe, interne et l’affouillement en mettant l’accent sur les difficultés de mis en oeuvre et les éléments nécessaire à la compréhension de ce phénomène dit dispersion des argiles.

Table des matières

Introduction Générale
1. Chapitre I–GENERALITE SUR L’EROSION
1.1 Introduction
1.2 Caractérisation du milieu
1.2.1 Sol dans les ouvrages en terre
1.2.2 Minéraux argileux et leur structure
1.2.2.1 Minéraux d’argile
1.2.2.2 Liaison des minéraux argileux
1.2.2.3 Interaction entre l’eau et les minéraux argileux
1.2.3 Mécanisme de dispersion
1.3 Érosion dans les ouvrages en terre
1.3.1 Typologie et mécanisme de rupture
1.3.1.1 Surverse
1.3.1.2 Erosion externe et l’affouillement
1.3.1.3 Erosion interne
1.3.2 Processus d’érosion interne
1.3.3 Exemples de rupture des barrages en remblais
1.4 Méthodes de détection de l’érosion
1.4.1 Surveillance
1.4.1.1 Dispositif d’auscultation
1.4.2 Les méthodes Géophysiques
1.4.2.1 Mesure de température
1.4.2.2 Méthode de résistivité
1.5 Conclusion
2. Chapitre II –METHODOLOGIE DE LA CARACTERISATION DE L’EROSION ET DE LA DISPERSION
2.1 Introduction
2.2 Caractérisation de l’érosion
2.2.1 Essais d’érosion interne
2.2.1.1 Essai d’érosion de trou (Hole Erosion Test)
2.2.1.2 Essai triaxial d’érosion (« Triaxial Erosion Test »)
2.2.2 Essais d’érosion externe
2.2.2.1 Erodimétre a Jet Mobile
2.3 Caractérisation de la dispersion
2.3.1 Essai à l’aiguille «Pinhole Test»
2.3.2 Essai d’émiettage «Crumb Test»
2.3.3 Essai sédimentométrique en parallèle «Double Hydrometer Test»
2.3.4 Essai Chimique
2.4 Conclusion
3 CHAPITRE III : IDENTIFICATION ET CARACTERISATION D’UN SOL DISPERSIF38
3.1. Introduction
3.2. Situations des matériaux
3.3. Identification des sols testés
3.4 Caractérisation de dispersion
3.4.1 Essais de la sédimentation en parallèle
3.4.2 Crumb test
3.4.3 Pinhole test
3.5 Conclusion
4 CHAPITRE IV – STABILISATION PAR L’AJOUT DU CIMENT D’UN SOL DISPERSIF
4.1 Introduction
4.2 Étude bibliographique sur la stabilisation des sols dispersifs
4.2.1 Chaux
4.2.2 Laitde chaux
4.2.3 Cendres volantes
4.3 Propriété de l’additif ciment
4.4 Mécanisme de stabilisation par l’ajout de ciment
4.5 Résultats et discussion
4.5.1 Influence du ciment sur les limites d’Atterberg
4.5.2 Influence de ciment sur l’optimum Proctor
4.5.3 Influence du ciment sur L’essai d’émiéttage
4.5.4 Influence de ciment sur l’essai de sédimentation en parallèl
4.6 Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographiques

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