Traitement de La Fondation Des Barrages Par Injection

ENSIT TANGER

MODULE BARRAGES Conception, étude et construction des barrages ANNEE 2015 Mr. Ibrahim HARRAK, Ingénieur d’Etat en Génie Civil de l’EHTP, Ingénieur travaux de l’aménagement du barrage Kharroub dans la Wilaya de Tanger Auteur chez éditions universitaires Européennes

Traitement de la fondation des barrages : technique de l’injection

ENSIT , Cycle Ingénieur, 5eme année Génie civil

Chapitre 1 : Généralités

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L’injection a pour but d’étancher ou de consolider les milieux solides poreux et perméables tels que les roches fissurées, les sables, graviers et alluvions et les maçonneries défectueuses. -

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Les sables fins : difficilement injectables Maçonnerie défectueuse : utilisation de faibles pressions par risque de déformations excessives semblable à celle des sols (existence de joints dégarnis de mortier et de vides de cailloux), très difficile à régénérer si le liant du mortier n’est pas totalement éliminé. Roches Karstiques : remplissage et non pas injection ; la techniques des rangées PST utilisées pour étancher les roches fissurés ne suffit pas. On a souvent recours à injecter plusieurs gammes de coulis pour éviter les cheminements trop lointains ou le délavage par les eaux souterrains (exemple : béton, gravettes, coulis ternaires). Roches fissurées : faut considérer le nombre et l’ouverture des fissures mais aussi la qualité de la roche : Roches poreuses fissurées (grès fissuré) : cette porosité fait intervenir une perméabilité en petit qui peut provoquer un assèchement du coulis circulant dans les fissures. Roches étanches fissurées : c’est la perméabilité en grand qui conditionnement l’écoulement dans les fissures.

Les essais Lugeon dans les formations fissurés réalisés à l’intérieur des forages, en complément de la reconnaissance par puits, galeries et tranchées (couteuse et longue) permettent d’appréhender l’état de fissuration de la roche et les possibilités de circulation des eaux. L’essai Lugeon consiste à noter les débits absorbés à paliers de pressions croissantes et décroissantes dans une poche de forage de 5 mètres de longueur, chaque débit étant maintenu durant 10 minutes. 1 UL = 1litre/minute/mètre de forage sous une pression de 10 bars.

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Au dessus de 1 UL l’injection est inutile pour le barrage d’une hauteur supérieure à 30 mètres. En dessous de cette hauteur la limite est portée à 3 UL. L’interprétation des essais tient compte du colmatage des lèvres des fissures recoupées par la perforation. Le colmatage correspond à une augmentation de la pression à débit constant, le débourrage correspond à une chute de pression à débit constant ; Les courbes des essais s’approchant d’une droite relativement linéaire à hystérésis et à ouverture relativement importante, correspond à un écoulement laminaire propre aux fissures fines. Les courbes des essais s’approchant formant une montée exponentielle serrée présentant un pic prononcé correspond à un écoulement turbulent propre aux fissures ouvertes. Une correction des pertes de charges induites par les conduites est nécessaire pour l’interprétation des courbes. Si la pression de 10 bars n’est pas atteinte : -

Le critère Lugeon = 0,1 L /mn/m sous 1 bar ; Ou on extrapole le diagramme linéairement jusqu’à 10 bars.

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Les essais d’eau sont toujours réalisés avant l’injection d’une passe. Le nombre d’UL d’une passe est corrélable à son absorption en ciment. Une telle relation permettrait de dégager l’état de fissuration de la roche et les absorptions prévisionnelles à son étanchement ; Cependant elle reste difficile à établir sauf en cas de fissures d’ouverture constante. -

Sols pulvérulents : alluvions sablo-graveleuses, nids de cailloux du béton , les restes d’un mortier décomposé Le pourcentage des vides varient de 20 à 35 %, alors que dans une roche très fissurée il est de 3%. Ces vides sont de tailles variables et très tourmentés (on fait appel parfois au coefficient de tortuosité, intitule dans les injections). La morphologie des pores provoque la dilution du coulis au cours de l’injection ou une imprégnation non complète de tous les vides dont la granulométrie est très variable. On se contente alors par la définition de la perméabilité du sol, qui donne une idée sur la taille des pores prédominante, à l’aide de l’essai de pompage ou de l’essai LEFRANC.

L’essai Lefranc consiste soit en une injection d’eau soit en un pompage, il donne une perméabilité locale (sphère de 50 cm de diamètre pour un forage de 100 mm, faible rayon d’action donc faut multiplier les forages pour détecter les hétérogénéités) contrairement à l’essai de pompage qui donne une perméabilité moyenne. Les résultats sont peu fiables, ils peuvent conduire à conclure que l’injection est intitule ou que pour la faire faut utiliser des produits chimiques alors qu’un coulis argile ciment pourra suffire. (Sousestimation de la perméabilité). Hétérogénéité des alluvions :

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Un dépôt fluviatile est toujours hétérogène : superposition de couches de granulométries bien distinctes (sable, graviers à vides ouverts, graviers à vide remplis de sable fin…). La perméabilité verticale est donc différente est toujours inférieure à la perméabilité horizontale. Les dépôts noirs (oxyde de manganèse) et jaunes (oxydes ferriques) témoignent de la circulation des eaux. La faible épaisseur des couches de gravier ouvertes, dans lesquelles la circulation horizontale des eaux est facilité, rendent très difficile la mesure de la perméabilité par des dispositifs simples (Lefranc par exemple). Une courbe granulométrique théorique de couches superposées peut être à l’aide de la loi de l’effet proportionnel de GIBRAT représentée sur un graphe gausso-logarithmique(les grains sont déposés en fonction d’un effet proportionnel au diamètre des grains). Prendre la courbe granulométrique et la représenter sur un graphique gausso-logarithmique si y a alignement des points sur une droite alors l’échantillon prélevé suit la loi de GIBRAT on peut comparer la courbe théorique et réel prédire la granulométrie d’autre échantillons. Le calcul de perméabilité théorique se fait à l’aide de la formule de kozény à partir de l’indice des vides n, de la surface spécifique en cm2/cm3 et d’un facteur de forme des grains (tous estimables à partir de la courbe granulométrique). Cette perméabilité est confrontée aux résultats des essais d’eau. En générale la perméabilité mesurée est très supérieure à la perméabilité calculée la formation est hétérogène est possède une structure ouverte. La loi des effets proportionnels permet de reconstituer les éléments du mélange, surtout lorsque la courbe granulométrique présente un palier prononcé. La loi de kozény appliquée à chaque constituant permet d’évaluer leur proportionnalité à partir des résultats de l’essai de pompage qui donne la perméabilité horizontal en grand. Une méthode plus simple consiste à équiper un forage de reconnaissance avec un tube crépine sur toute sa hauteur, le pompage ou l’injection d’eau dans ce puits filtrant permet de déceler les horizons les plus perméables. Ceci permet d’adapter la nature du coulis et d’évaluer les absorptions prévisionnelles.

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Profondeur de la reconnaissance : Une parafouille sous un barrage sans considération de réduction de débit de fuite sera gouvernée principalement en termes de profondeur par des conditions de stabilité. Dans le cas où on recherche à étancher et réduire au minimum les débits, la profondeur des reconnaissances est fonction des terrains rencontrés et ne peut pas être définie à l’avance. Pour un étanchement on se bas sur le critère Lugeon. Pour le barrage Hoover, la profondeur des injections a été déterminée par des statistiques. Après la mise en eau, le volume des fuites a conduit à une augmentation de la profondeur du voile d’étanchéité, ces derniers travaux ont été conduits on se basant sur la qualité des carottes extraites. Le barrage comporte deux évacuateurs de crues en tunnel, un dans chaque rive (Nevada et Arizona) et 4 tunnels d’’alimentation, deux de chaque rive inférieur et supérieur. Il arrive que les essais d’eau indiquent une diminution de la perméabilité à une certaine profondeur, puis une augmentation en dessous. Il faut orienter les reconnaissances pour déterminer la continuité de cet horizon moins perméable et évaluer les fuites en supposant que le voile s’arrête là. La consolidation d’une roche très fracturée ou d’un sol pulvérulent (pas pour améliorer sa portance mais pour faciliter la réalisation des fouilles) peut se faire facilement à l’aide de l’injection. La profondeur du terrain à consolider est appréciable à l’aide de la formule de BOUSSINESQ qui traire la dissipation des contraintes.

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Chapitre 2 : Les coulis et l’écoulement en cours d’injection

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Coulis liquides : silicates de soude, pénétrabilité semblable à l’eau. Ceci dit, l’injection des vides très petits est difficile (argiles ou silts). Pour les sables fins, ils ont une bonne perméabilité à l’eau et les coulis visqueux sont onéreux à utiliser.

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Coulis instables : les suspensions de ciment sont composés de flocons et non pas de grains isolés. Le comportement en termes de pénétrabilité vis-à-vis de la taille des vides est affecté (formation des voûtes et blocage du mouvement du ciment). Dans les sables les suspensions de ciment ne vont pas très loin, la dilution améliore la portée de la pénétration. Il ne suffit pas que la dimension des grains soit plus petite que celle du vide le plus petit pour que l’injection soit possible (faut éviter la formation des flocons et des voûtes) ; Le phénomène des voûtes et techniquement résolu par l’injection des coulis aérés (bulles d’air en suspension). L’instabilité est liée aussi au phénomène de la sédimentation à l’intérieur des conduites d’injection : pour chaque coulis , il existe une vitesse limite d’écoulement à partir de la quelle il y a apparition de la sédimentation. Les conduites utilisées dont l’injection, sont de petite taille (Une pouce), pour augmenter les vitesses d’écoulement et éviter la sédimentation et l’obturation des conduites. Par contre, les PDC y sont signifiants. La sédimentation s’oppose à l’injection des sables contrairement aux fissures ouvertes des rochers, ceci risque délavage à part.

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Les coulis stables : Permet d’éviter le délavage, la sédimentation et la formation des voûtes. On peut assister à un phénomène de séparation de phases entre les grains d’argile et de ciment au cours de l’injection (plus gênante pour une consolidation que pour un étanchement) ; Limites d’injectabilité : Imprégnation Les émulsions de bitume à suspension de résine sont les plus fluides, les silicates deviennent plus visqueux avec l’adjonction du réactif et aussi avec l’avancement de la prise. Ciment

Argile-ciment

argile

gel de silice

émulsion de bitume-résine

Il s’agit de confronter : Dimensions des vides vs grains en suspensions Le rayon hydraulique de la section offerte à ’écoulement d’une structure granulaire : r = 3n/ (2(1-n) S) Ce squelette sera injectable par un ensemble de grains de diamètre d si : d