Wikibardig:Barrages en terre homogène ou pseudo-zonés : Différence entre versions

Version du 13 février 2015 à 16:36

Barrages en terre homogène ou pseudo-zonés

Composition

Le barrage en terre homogène est constitué d’un massif en terre compactée imperméable, (assurant à la fois l’étanchéité et la résistance) muni d’un dispositif de drains dans sa partie aval et d’une protection mécanique contre l’effet du batillage dans sa partie amont.

Le barrage pseudo-zoné est une variante du barrage homogène qui consiste à répartir les matériaux dans le corps du barrage en fonction de leur granularité ou de leur humidité, mais sans que des filtres de séparation ne soient nécessaires. Il ne s’agit donc pas de véritables zones délimitées avec précision. Par exemple, on pourra réaliser un barrage homogène où les matériaux les plus fins sont placés à l’amont et les plus grossiers à l’aval ; ou bien où les matériaux les plus humides sont placés au centre. Les barrages pseudo-zonés sont drainés exactement comme les barrages homogènes, le drain ne constituant pas une séparation entre deux zones réputées différentes, contrairement à la plupart des barrages zonés.(Petits barrages).

Ces ouvrages sont bien adaptés aux sites ayant une fondation déformable. En effet, de conception rustique, ils ont une grande emprise au sol, n'engendrent que peu de contraintes, s'accompagnent en fondation de faibles gradients d'écoulement et peuvent accepter des tassements de la fondation. Par contre, ils ne supportent pas bien les variations rapides du plan d'eau et pas ou très peu la submersion.

Pente des talus

La pente des talus est une caractéristique importante pour la stabilité mécanique de l’ouvrage.

La pente des talus du barrage en terre est fixée par les conditions de stabilité mécanique du massif et de ses fondations. En ce qui concerne le massif, pour déterminer la pente des parements on se donne en général des pentes qui paraissent optimales, compte tenu de la nature des matériaux, et on vérifie par une étude de stabilité que le barrage présente une sécurité suffisante avec ces pentes.

On peut exprimer l'inclinaison des talus par leur pente ou par leur fruit, inverse de la pente. Dans le cas des barrages en terre le terme pente est souvent utilisé pour désigner le fruit. Dans ce texte il est fait mention de la pente, rapport de la hauteur du talus sur sa projection horizontale.

A titre indicatif, le tableau ci-après donne quelques valeurs qui devront être confirmées par une étude de stabilité.

Pentes indicatives des parements d'un barrage en terre

Construction du remblai en terre compactée

L’exécution du remblai en terre compactée comprend les deux étapes les plus importantes de la construction du barrage en terre qui sont le prélèvement des matériaux et le compactage du remblai.

• Le prélèvement des matériaux en ballastières

Les études et reconnaissances préliminaires permettent de délimiter les zones d’emprunt des matériaux destinés à la construction du barrage et de définir les caractéristiques de ces matériaux, notamment les limites en eau admissibles pour le compactage.

Le maintien de la teneur en eau naturelle dans les limites admissibles nécessite certaines précautions. Dans le cas de matériaux trop humides il faudra prévoir un système de drainage de la zone d’emprunt. Il sera peut être nécessaire de prélever le matériau trop humide et de le mettre en dépôt provisoire en couches minces avant son utilisation. Dans le cas de matériaux trop sec, on doit rectifier sa teneur en eau en l’humidifiant par aspersion après hersage. D’une manière générale une rectification de la teneur en eau naturelle est délicate et coûteuse et n’est possible que si celle-ci n’est pas éloignée des limites admissibles de plus de 5 à 6 %. Si les différences sont plus grandes les couches concernées ne pourront pas être utilisées.

De même si le matériau présente des granulométries extérieures aux fuseaux retenus au projet, il ne pourra pas être mis en œuvre, sauf si le maître d’œuvre en autorise l’utilisation après adaptation éventuelle du projet aux caractéristiques effectives du matériau.

Les ballastières sont découpées en bandes et ouvertes successivement au fur et à mesure des besoins du chantier. Les extractions sont conduites soit parallèlement à la vallée soit transversalement, suivant la pente du versant. Cette dernière disposition est préférable en raison du gain de puissance qu’elle autorise au chargement, mais elle reste limitée à des versants relativement doux, dont les pentes ne dépassent pas 15 à 20 %. Les extractions doivent être effectuées de telle sorte que les zones d’emprunt ne présentent pas de points bas. Le choix du mode de prélèvement et donc du matériel à utiliser dépend de l’hétérogénéité de la zone d’emprunt. Alors qu’un matériau homogène est généralement prélevé par couches horizontales au moyen d’un scraper, il peut être plus indiqué, dans le cas d’une hétérogénéité verticale, de procéder par prélèvement vertical, à l’aide d’une pelle mécanique de façon à obtenir par mélange un matériau moyen de caractéristiques acceptables.

Après l’achèvement des opérations d’extraction dans les zones d’emprunt, celles-ci doivent être remodelées avec des talus en pente suffisamment douce pour en assurer la stabilité. Un apport de terre végétale ainsi qu’un modelé de la carrière dans les zones situées au-dessus du plan d’eau normal de la retenue permettent de donner un aspect satisfaisant aux abords de la cuvette.

• Le compactage du remblai en terre

L’épaisseur des couches et le nombre de passes de l’engin compacteur seront déterminés expérimentalement à l’ouverture du chantier par des essais qui peuvent être avantageusement effectués pour la construction du batardeau de protection à l’amont du chantier.

L’exécution de la première couche de remblai doit être précédée, en général d’une scarification de l’assise sur 15 cm d’épaisseur accompagnée d’une désagrégation des mottes et de l’élimination des blocs de dimensions supérieures à 20 cm, suivi d’un compactage. Il importe d’intercepter toute venue d’eau s’écoulant sur les terrains qui reçoivent le remblai. Pour la construction du barrage, l’épandage, le hersage et le compactage des terres doivent être exécutés suivant l’axe de la digue. L’homogénéisation du remblai entre diverses couches successives constitue un des aspects importants du chantier. Il est nécessaire, d’assurer l’accrochage entre couches par une scarification soignée avant l’épandage d’une nouvelle couche. La profondeur de la scarification doit être au moins égale à 5 cm. L’homogénéisation dépend principalement du mode de compactage qui devra éviter tous risque de feuillages de couches. De façon générale, après chaque pluie ou après un arrêt prolongé du chantier, la dernière couche mise en œuvre qui a été décomprimée doit être scarifiée et recompactée. Si cette couche superficielle est saturée d’eau, elle doit être évacuée en décharge. L’excès d’humidité constitue un des deux plus grands handicaps pour le bon déroulement du chantier.

D’une manière générale, les matériaux les plus imperméables sont mis en place vers le cœur du remblai, et les moins imperméables en recharge vers les parements. La partie centrale du remblai doit monter légèrement en avance, de manière à ce que le remblai présente constamment une pente vers chacun des deux parements pour permettre l’écoulement des eaux de pluie.

Le réglage des talus est en générale exécuté aux engins (bouteurs ou niveleurs à lame orientable selon la pente). Il est nécessaire de prévoir une sur-épaisseur du massif, afin de retailler le talus dans la partie compactée du remblai.

Drainage et filtres

Le dispositif filtre/drain est un élément particulièrement important d’un barrage en remblai. Nombre d’accidents et de rupture sont imputables à l’absence de filtres et/ou de drains, ou encore à une mauvaise conception ou réalisation du système filtre/drain pouvant conduire à une érosion interne ou un drainage insuffisant. La sécurité des barrages en remblai dépend donc d’une conception et d’une construction adéquate des systèmes de filtres et de filtres/drains.

Fonctions du dispositif de drainage et filtres

Dans un barrage et dans sa fondation, du fait de la charge amont, l’eau s’infiltre progressivement même si le matériau est étanche. Par ailleurs, des fuites accidentelles peuvent provenir d’une fissure du noyau par fracturation hydraulique, d’un collage imparfait entre le noyau et la fondation… Les infiltrations ne doivent pas déboucher sur le parement aval de manière incontrôlée car il s’en suivrait un risque de déstabilisation du pied du talus aval ou d’amorce de renard . Un dispositif drainant, zone de forte perméabilité, est donc quasiment toujours nécessaire afin de maîtriser les écoulements. Il est en général composé d’un drain vertical (drain cheminée) et d’un drain horizontal (drain tapis). Il constitue un élément de sécurité majeur des ouvrages.

Un drain naturel est réalisé en matériaux grossiers (graviers, sables) pour être le plus perméable possible. Sous l’effet de la circulation de l’eau, les particules de sol peuvent migrer vers une zone de sol plus grossier comme des matériaux du remblai vers les vides interparticulaires des matériaux du drain. Afin que l’écoulement n’entraîne pas son colmatage par migrations des fines du remblai, un drain doit être protégé par un matériau de granulométrie intermédiaire jouant le rôle de filtre s’opposant au colmatage du drain. En variante, le filtre peut être constitué en géotextile. Le drain lui-même peut aussi être constitué en géosynthétiques.

Il est impératif que les systèmes de filtre et de drain dans les barrages en remblai évacuent en toute sécurité la totalité des eaux d’infiltration vers le pied aval ou vers une zone adjacente plus perméable sans développer de pressions excessives. La conception du système de drainage doit considérer le scénario le plus défavorable, incluant la fissuration du noyau, la fracturation hydraulique et/ou une ségrégation dans le noyau.

Les matériaux pour les filtres et drains sont fabriqués à partir d’alluvions ou d’enrochements de carrière par concassage et triage afin d’obtenir la composition granulométrique attendue puis lavage afin d’éliminer les éléments fins en excès. Les matériaux calcaires sont à éviter.

Système de drainage

L’un des moyens les plus simples d’analyser l’écoulement dans les filtres et les drains et d’évaluer leur dimensionnement est la loi de Darcy :

Q/i = kA

• Q (m3 /s) est le débit estimé d’écoulement qui doit être évacué par le filtre ou le drain (par unité de longueur de la structure) ;
• i est le gradient hydraulique admissible (disponible) dans le filtre ou le drain ;
• k est le coefficient de perméabilité requis du filtre ou du drain (m/s) ;
• A est la surface du filtre ou du drain perpendiculaire à la direction d’écoulements dans le filtre ou le drain.

Toutes les combinaisons de k et A qui assurent la capacité d’évacuation (avec un coefficient de sécurité adéquat) peuvent être acceptées. En général, des couches relativement minces d’un matériau de forte perméabilité sont plus économiques que des couches épaisses de perméabilité plus faibles. k vaut de l’ordre de 10-8 à 10- 10 m/s pour une argile et de 10-4 à 10-6 m/s pour un sable. Une caractéristique importante à considérer est la charge hydraulique en un point. Considérons un point situé dans un massif saturé siège d’un écoulement permanent. Soit u la pression de l’eau en ce point et z sa cote par rapport à un repère quelconque.