T [m] Charge d'eau d'injection par rapport au toit de la nappe phréatique (test de perméabilité) Ta [°C] Température de l'air ambiant. Dans une deuxième partie nous aborderons l'analyse mécanique statique des digues par la technique pénétrométrique.
Première partie - Méthodologie pour le diagnostic des digues
Contexte de l’étude
Dans le monde, les inondations représentent plus de 50 % des catastrophes naturelles soit en moyenne 20 000 morts chaque année (source : ministère de l'Environnement). Le ministère de l'Environnement propose donc une carte des zones inondables en France établie selon différents paramètres : type de crue, aménagement des cours d'eau, modélisation des bassins versants.
Définitions
- Les digues
- Spécificité des digues - notion d’échelle
- Schéma d’exploitation
Dans le contexte qui nous intéresse, nous proposons de définir une zone précisément comme la partie de la structure dont les propriétés transversales (nature, dimensions) sont constantes et continues (voir figure 1-2). Enfin, il faut également considérer les interactions possibles entre éléments d’un même niveau d’échelle qui peuvent influencer le comportement à un niveau d’échelle supérieur ; elle peut être établie pour les interfaces entre deux éléments ou par l'impact de la rupture d'un élément sur le comportement de la structure à un niveau d'échelle supérieur.
Etat de l’art, méthodes actuelles de reconnaissance de digues
- Inspection visuelle
- Reconnaissance par carottage
- Reconnaissance géophysique
- Reconnaissance géotechnique in situ
- Reconnaissance géotechnique – essais de laboratoire – notions sur le
État de l'art, méthodes actuelles de reconnaissance des digues L'évaluation de la sécurité des ouvrages est une préoccupation constante des administrateurs. Pour ces raisons, on préférera dans certains cas opérer sur des échantillons reconstitués en laboratoire et à partir d'un emplacement représentatif de l'ensemble de la couche que l'on souhaite caractériser.
AMDE
- Principe de l’AMDE
- modélisation de l’ouvrage
- Blocs-diagrammes fonctionnels
- Synthèse de l’AMDE
- Conclusion
L'eau provenant du faîtage est également amenée vers la première couche du remblai (interface Pr/R). Érosion de la couche de fondation Effondrement de la surface de la voie Contrôle visuel Affaissement de la structure.
Méthode proposée
- Paramètres recherchés et techniques choisies
- Proposition d’une méthode de diagnostic
La fibre optique est placée en pied aval de l'ouvrage, soit au niveau de l'éventuel contre-canal, soit dans une tranchée, pour s'affranchir de toute influence parasite (végétation, rayonnement solaire...). Pour le diagnostic d'instabilité externe, nous adoptons un critère de Tresca où seule la cohésion non drainée cu est nécessaire pour effectuer le calcul de stabilité à court terme. Pour les essais réalisés chez Panda, il est nécessaire de connaître la nature du matériau, soit par une connaissance préalable du sol (historique de l'ouvrage, carottage), soit en réalisant une mesure complémentaire.
Le cas particulier de l’estimation du potentiel de liquéfaction et de la résistance post -cyclique est abordé en troisième partie (voir page 135). Celle-ci se compose de six grandes étapes (voir figure 1-24) : une phase préliminaire et étude préalable, une analyse hydraulique globale, une inspection mécanique zonale, une analyse hydromécanique locale, un calcul de la stabilité de l’ouvrage et un suivi. La limite du travail est la non prise en compte explicite de l’expertise sur l’état de l’ouvrage.
L’analyse hydraulique globale de l’ouvrage par la fibre optique passe par le choix du positionnement du capteur et de la période d’intervention. L’analyse mécanique zonale de l’ouvrage nécessite le choix d’un maillage pour les essais pénétrométriques (statiques ou dynamiques, selon le cas), couplés éventuellement (en particulier avec un pénétromètre dynamique) à des mesures de perméabilité in situ.
Conclusion
Deuxième partie – Vérification de la stabilité statique
Reconnaissance au pénétromètre
- Le problème lié à la couche de surface
- Le pénétromètre Panda pour le diagnostic de digue
La première cause de frottement apparent est imputable à la liaison entre le train de tiges et le trépan. La deuxième cause de frottement apparent est la non rectitude de la trajectoire du train de tiges. La friction est mesurée par une clé dynamométrique ; il s'exprime par le couple de rotation du train de tiges.
C1 est le couple généré par le contact entre le train de tiges et le trépan, en fonction de la profondeur (voir formule [Eq. 2-3]). Le couple du train de tiges est mesuré tous les 50 cm avec une clé dynamométrique pour le Panda traditionnel et le Panda à bentonite. Nous supposons que le couple de rotation mesuré lors d'un essai PANDA provient uniquement du frottement latéral le long du train de tiges.
Pour prouver son efficacité, la bentonite doit remplir deux conditions : réduire la résistance de la pointe par rapport à un essai classique et limiter (voire annuler) le couple du train de tiges lors de l'essai. 2-3] pour calculer le moment réellement dû au frottement entre le train de tiges et les parois du forage.
Le perméamètre in situ, un outil complémentaire au PANDA pour la
- Caractéristiques de l’appareil
- Mesures
- Conclusion – bilan des essais et recalage des formules de mesure de k
En mesurant deux fois la pression dans le réservoir, il est possible de quantifier le débit massique d’air injecté dans le sol. Pour l'injection d'eau à charge variable, trois tuyaux de diamètres différents peuvent être raccordés au boîtier de surface, en fonction de la perméabilité du site. Le débit massique d'air injecté est alors dérivé de la mesure de la pression dans le réservoir avant et après l'essai.
De plus, le passage de la perméabilité à l'air à une perméabilité à l'eau équivalente se fait selon la formule suivante. On se limite donc à considérer qu'il s'agit d'un désalignement des formules de mesure de la perméabilité à l'air in situ par rapport à la mesure du même paramètre sous charge d'eau variable. Outre la cohérence entre les mesures de perméabilité in situ et en laboratoire, les essais réalisés sur le site de Sarliève permettent donc de démontrer la répétabilité de la mesure de perméabilité à charge variable à l'air et à l'eau.
C'est une difficulté rencontrée lors de la première intervention : l'impossibilité d'injecter de l'eau dans le sol. En effet, au fil du temps nous avons observé une augmentation du niveau d'eau dans le tube de lecture en surface, accompagnée d'un scellement de la sonde.
Spatialisation des données et vérification de la stabilité
- Etude stratigraphique
- Modélisation par champs aléatoires
- Modélisation par techniques d’interpolation
En échantillonnant la résistance maximale dans la couche d'argile de 1 cm en place, la répartition de la résistance est calculée pour des classes de résistance d'une largeur de 0,2 MPa. La modélisation par simulation numérique est le seul outil proposé ici qui permet une approche de type fiabilité de la stabilité structurelle. Dans l'exemple discuté, une estimation des résistances par simple interpolation a déjà été réalisée lors de l'établissement de la carte de résistance (voir figure 2-20).
Les caractéristiques de la couche de boues de remblai obtenues lors de l'essai de cisaillement en caisson de Casagrande ont été relevées : c = 0 kPa et ϕ = 29. L'évolution de qd montre une faible variation de résistance de pointe autour de la valeur moyenne (1,20 MPa calculée sur des valeurs pondérées par dépression, voir le tableau 2-18). On fait donc les mêmes commentaires qu'avec le variogramme de la couche de remblai : pas de structuration observable dans le sol entre 10 et 130 mètres.
42 % de la couche sableuse limoneuse présente une résistance dynamique maximale inférieure à 1,05 MPa (proportion obtenue à partir des résistances pondérées par la pénétration). L'augmentation à retenir est donc uniquement conditionnée par les dimensions de la digue (notamment en ce qui concerne la taille du plus petit cercle de rupture nuisible à la digue).
Troisième partie - Aspect dynamique
Liquéfaction
- Phénomène physique
- Méthodes d’évaluation du risque de liquéfaction
- Limites des méthodes actuelles
Dans tous les cas, que la liquéfaction soit fluide ou due à un ramollissement cyclique, il est important de se préoccuper de la résistance à la liquéfaction d'un matériau ; c'est pourquoi une analyse dynamique est nécessaire. Il apparaît que l'application d'une faible vitesse de chargement entraîne une réduction de 5 à 10 % de la résistance du matériau, par rapport à une vitesse élevée de l'ordre du Hertz. La base de données ainsi créée a permis de déterminer un critère de liquéfaction basé sur la nature du sol (plus précisément sa teneur en matières fines), sa résistance au SPT et l'intensité de la contrainte (CSR, telle que définie par la formule [ Cf. 3 - 1]).
Ils permettent le calcul de la résistance de crête normalisée Q et de la résistance de frottement normalisée F. Il est donc possible de définir un coefficient (Kc), qui permet de calculer la résistance normalisée qc1N pour un sable propre équivalent. Le principe de la méthode consiste à comparer la résistance maximale sous vibration (qcv) avec la résistance maximale sans vibration (qcs).
Le problème de la méthode Seed réside dans le fait que l’outil d’investigation est par nature très imprécis. En revanche, le CPT est un équipement lourd ; nous proposons donc de construire une méthode beaucoup plus légère, dérivée de la méthode Robertson.
Proposition de méthode de détermination du potentiel de liquéfaction
- Description de la méthode
- Présentation du logiciel PandaLiq
- Vérification du positionnement de la méthode par rapport à Robertson sur deux
- Positionnement de la méthode par rapport aux essais de laboratoire
- Conclusion
De plus, le programme intègre également le traitement des profils obtenus par CPT selon la méthode Robertson. Enfin, nous précisons que ce matériel se situe théoriquement en dehors des limites de validité de la méthode Robertson (voir Figure 3-14). Nous disposons ainsi d'un couple de valeurs (k ; Ic) pour ce limon que nous pouvons intégrer dans un graphique (voir Figure 3-23) pour vérifier la position de la méthode de Robertson par rapport à notre méthode.
Les résultats obtenus par la méthode triaxiale et rapide de LERMES sont regroupés sur une courbe de liquéfaction (figure 3-24). Le point trouvé par la méthode rapide est noté par rapport à un nombre de cycles égal à 15. Nous suggérons d’utiliser la méthode rapide pour évaluer la densité sèche initiale de l’échantillon.
La perméabilité étant dans tous les cas inférieure à 8,10-8 m/s, le limon « A » n'entre pas dans le champ d'application de la méthode. Une étude comparative entre la méthode Robertson et la méthode LERMES montre de grandes similitudes dans les résultats.
Evaluation de la résistance post-cyclique d’un massif
- Spatialisation du coefficient de sécurité
- Résistance post-cyclique du limon ‘A’
- Evaluation de la stabilité de l’ouvrage après séisme
A partir d'une telle carte, et en choisissant un critère approprié pour l'évaluation de la résistance sismique, on arrive à une évaluation de la stabilité sismique de l'ouvrage, qui est proposée dans le paragraphe suivant. On considère soit l'état limite intermédiaire (QSS ou « Quasi Steady State ») qui apparaît dès l'atteinte de la ligne caractéristique (le point de référence de Cambridge), soit l'état limite ultime (USS ou « Ultimate Steady State »). On peut définir le dommage comme une fonction de surpression interstitielle générée par un chargement cyclique et une condition initiale.
A partir de la formule donnée en annexe H, avec γs = 26,62 kN/m3, on exprime la teneur en eau à saturation en fonction de la résistance maximale. Par mesure de sécurité, nous recommandons de choisir α égal à 50 pour des résistances maximales supérieures à 0,8 MPa dans des sols saturés. Nous traçons l'évolution des déviateurs maximaux qtm en fonction de la teneur en eau finale (voir Figure 3-31).
Nous considérons que ce niveau de déformation est atteint à tout moment où une densification est attendue. Pour l'étude de la stabilité mécanique ainsi que la caractérisation du potentiel de compactage des sols pouvant constituer des ouvrages, nous avons abordé ces points, illustrés d'exemples d'application (notamment dans l'étude complète d'un site d'essai).
