conf3 - PENTES et TUNNELS
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Drainage des pentes<br />
Exemples de solutions<br />
Par R.M. Faure <strong>et</strong> J.C. Gress
TECHNIQUES DE DRAINAGE<br />
Rappel démarche géotechnicien :<br />
1. Gestion de la non infiltration du ruissellement<br />
superficiel<br />
2. Drainage en profondeur<br />
2.1. caractérisation des aquifères <strong>et</strong> de leurs<br />
piézométries<br />
2.2. techniques de drainage<br />
2
DISPOSITIFS DE DRAINAGE<br />
1. Eperons drainants<br />
Masques drainants<br />
Bêche drainante<br />
Contreforts drainants<br />
Interfaces drainants<br />
2. Drains agricoles<br />
Tranchées drainantes<br />
Géodrains<br />
Parois drainantes<br />
3. Drains subhorizontaux ascendants<br />
Drains subhorizontaux descendants<br />
3
4. Drains verticaux ou inclinés gravitaires :<br />
- drains de décharge,<br />
- drains plats géotextiles,<br />
- puits perdus,<br />
- drains siphons.<br />
5. Drains verticaux ou inclinés pompés :<br />
- aiguilles filtrantes,<br />
- pompes immergées,<br />
- pompes électropneumatiques.<br />
4
Eperons drainants<br />
Eperon = soit évite une surface de suintement<br />
soit intercepte une résurgence d’eau en talus<br />
Attention :<br />
matériau<br />
0.150 concassé<br />
propre % 80µ < 5 % VBS < 0.1<br />
D10 1mm<br />
Cas de circulations erratiques<br />
Fosse de crête<br />
à fil d’eau bétonné<br />
Limons<br />
Sables<br />
1m<br />
1.50m<br />
Eperons drainants<br />
Argiles à<br />
silex<br />
Craie<br />
Apparition d’une<br />
résurgence<br />
Drain longitudinal de<br />
plateforme<br />
5
Eperon drainant<br />
APPLICATIONS :<br />
SOIT - Arrivée d'eau localisée<br />
SOIT - Eliminer un risque<br />
de surface de suintement<br />
. zone de suintement<br />
. taches d'herbes vertes en été<br />
. blocs de glace en hiver<br />
Eff<strong>et</strong> d'appel<br />
Cas de surface<br />
de suintement<br />
Espacement ? :<br />
Difficulté<br />
Eff<strong>et</strong> équivalent à file de puits<br />
-6<br />
INADAPTE SI K < 10 m/s<br />
Nouvelle surface de<br />
suintement hors gel<br />
6
Eperon drainant<br />
MATERIAU :<br />
Doit :<br />
Perméabilité<br />
. Assurer la fonction filtre<br />
Pas de 20.80<br />
Pas de géotextile<br />
. Présenter une faible teneur en % < 1mm<br />
D10 > 1mm<br />
-2<br />
K = 10 m/s<br />
. Présenter une bonne stabilité<br />
concassé<br />
Risque si K 0/80 faible<br />
eperon stable à 1/2 Ø<br />
0/80<br />
7
Masques drainants si pas d’interaction entre éperons<br />
Exemple BUTTE D’ARGILLY - A36<br />
SABLES LIMONEUX A K < 10 -6 M/S<br />
PAS D’INTERACTION ENTRE EPERONS<br />
Surface de suintement<br />
repoussée<br />
Limons<br />
Sables<br />
MASQUE<br />
Marnes<br />
0.150<br />
propre, ES > 35<br />
VBS < 0.1<br />
passant à 80µ < 5 %<br />
D10 1mm, concassé<br />
8
Masque drainant<br />
- Arrivées d'eau diffuses<br />
- Sols à perméabilité K < 10 m/s<br />
-6<br />
- Souhait de profiter d'un eff<strong>et</strong> poids<br />
- Sols trop instables pour réaliser les tranchées des éperons<br />
Pas de géotextile<br />
0/150 concassé propre D 10 < 1mm<br />
Profil initial<br />
A6 - PK 158<br />
Graves de l'YONNE<br />
Couche de forme<br />
Graves<br />
Profil final : 1/2 Ø<br />
Argiles noires<br />
Masque<br />
9
Tranchées drainantes<br />
CAS TYPES D'APPLICATION :<br />
. Aquifère sur substrat perméable<br />
Idéal : traverser tout l'aquifère<br />
. Tranchée complète<br />
. Tranchée partielle<br />
Pénétration complête<br />
Pénétration partielle<br />
Aquifère<br />
. Limité en profondeur par les conditions de blindage<br />
. Prix augmentant fortement avec la profondeur<br />
10
Tranchées drainantes<br />
APPLICATION PRIVILEGIEE : RECOUPE ENTIEREMENT<br />
UN AQUIFERE A NAPPE LIBRE<br />
ATTENTION AU NIVEAU DE PERMEABILITE<br />
DU MATERIAU DRAINANT<br />
Rabattement<br />
théorique espéré<br />
Profil effectif<br />
de la nappe rabattue<br />
Graves limoneuses<br />
Marnes<br />
Lit de pose<br />
11
Tranchées drainantes<br />
FONCTIONNEMENT D'UN DRAIN A CUNETTE<br />
Drain à cun<strong>et</strong>te<br />
?<br />
QA<br />
?<br />
QA débit d'alimentation<br />
QI débit d'équilibre<br />
Débit drainage :<br />
QA - QI<br />
Blocage béton<br />
latéral recommandé<br />
Lit de pose<br />
QI<br />
ATTENTION TOUT PARTICULIEREMENT<br />
SI LA TRANCHEE TRAVERSE UN SECTEUR DENOYE<br />
Profil piézo<br />
de la nappe<br />
VUE DE FACE<br />
12
Tranchées drainantes<br />
TRANCHEES DRAINANTES<br />
Irrégularités du contact<br />
Base de l'aquifère / Toit des marnes<br />
Graves<br />
sablo-limoneuses<br />
Somm<strong>et</strong> talus<br />
Profil théorique<br />
toit des marnes<br />
Somm<strong>et</strong> talus<br />
Pied talus<br />
Marnes<br />
Base tranchée<br />
Toit<br />
des marnes<br />
Profil réel<br />
Pied talus<br />
Attention aux aquifères à K < 10<br />
succion capillaire<br />
Sables<br />
Butte Argilly<br />
-6<br />
m/s : fonctionnement en<br />
Suintements<br />
13
4.2.1 Attention à la non pénétration<br />
dans la tranchée du<br />
ruissellement superficiel<br />
Traj<strong>et</strong> de<br />
ruissellement<br />
superficiel<br />
Fossé<br />
Tranchée<br />
drainante<br />
Vue du dessus<br />
Bande en<br />
herbe<br />
Instabilités<br />
Ancien TN<br />
Parkings<br />
Tranchée<br />
drainante<br />
Argiles à éboulis<br />
Instabilités<br />
Ancien TN<br />
POLIGNY<br />
Marno-calcaires<br />
Profil<br />
14
Tranchées drainantes : coupe type recommandée<br />
Imperméabilisation<br />
Cun<strong>et</strong>te<br />
0/31,5 bien gradué propre<br />
soigneusement compacté<br />
Attention hauteur suffisante ?<br />
- Grave 0/80 Géotextile filtrant 0,95 > 125µm<br />
- propre % 80µ < 5%<br />
- VBS 0,1 Drain<br />
- D10 > 1mm<br />
Blocage béton<br />
15
Tranchées équipées en géodrains<br />
Amont<br />
A fermer<br />
Matériaux<br />
extraits<br />
Aval<br />
Problème si débit<br />
ponctuel élévé<br />
Problème<br />
fil d'eau<br />
Géodrain<br />
- Attention à ne pas faire pénétrer des eaux de ruissellement<br />
- Colmatage du géotextile<br />
- Capacité à absorber des débits ponctuels élevés<br />
- Problème de fil d'eau<br />
- Limitées en profondeur ou suj<strong>et</strong>ions : - continuité verticale<br />
- résistance écrasement<br />
- Variantes : - caisson drainants<br />
- Balles drainantes<br />
16
Tranchées drainantes<br />
UTILISATION EN ASSOCIATION<br />
AVEC DRAINS DE DECHARGE<br />
Aquifère profond artèsien<br />
Ancien TN<br />
Drain<br />
de décharge<br />
Limons<br />
Tranchée<br />
à<br />
réaliser<br />
Lanterne<br />
Sables<br />
Marnes<br />
17
Puits de décharges<br />
A36 Tranchée Glanon<br />
Limons<br />
Tranchées drainantes étagées<br />
Sables<br />
Marnes<br />
18
Drains de décharge<br />
Normandie : HERMIVAL-les-VAUX<br />
8m<br />
ARGILES A VEINES<br />
SABLEUSES<br />
SURFACE<br />
D'INSTABILITE<br />
VEINES de<br />
SABLES<br />
MARNES<br />
SABLEUSES<br />
EAU à 2.50m : F ~ 1<br />
à 4.00m : F ~ 1.2<br />
à 7.50m : F ~ 1.35<br />
19
Fossés drainants<br />
DOMAINES D'APPLICATION<br />
Talus à créer<br />
Substitution aux tranchées drainantes<br />
Aquifère sur imperméable<br />
PRINCIPE<br />
Fossés en souille intégrés aux talus par masques<br />
Souille<br />
provisoire<br />
A40 - Tranchée Ceyzeriat<br />
Graves<br />
Fossés intégrés<br />
aux talus<br />
Masque<br />
Argiles<br />
20
Paroi drainante<br />
APPLICATION<br />
. Aquifère très épais supérieur sur couche imperméable<br />
PRINCIPE<br />
. Tranchée type paroi moulée au revert remplie de matériau drainant<br />
Aquifère<br />
Q par pompage<br />
Nappe initiale<br />
. Pompage<br />
EXUTOIRE : . Drain subhorizontal<br />
. Tranchée dans la pente :<br />
intercalation panneaux béton<br />
avec T renversé<br />
Substrat<br />
Imperméable<br />
Très rare : forage subhorizontal<br />
21
Paroi drainante<br />
Exemple :<br />
Viaduc du Charmaix - Modane<br />
Eboulis<br />
20m<br />
Schistes<br />
Instabilité 10 cm/an<br />
Accès forage : difficultés<br />
Coupure = déstabilisation amont<br />
Boue biodégradable = déstabilisation aval par la charge hydraulique<br />
Régularité fil d'eau<br />
Terrassement si blocs ou rocher<br />
22
Drains subhorizontaux ascendants<br />
Souvent<br />
Traitement<br />
éventail<br />
Ligne de<br />
drains<br />
Recoupe<br />
surface de<br />
glissement<br />
RD 905<br />
Marnes<br />
Niveau<br />
calcaire<br />
1. Accès<br />
2. Recoupe la surface de glissement<br />
3. Atteindre les aquifères à assainir<br />
4. Risques de réinjections<br />
5. Gel<br />
6. Mousses<br />
ATTENTION : Veiller à en faire suffisamment :<br />
On ne doit plus craindre de mouvements.<br />
23
Drains subhorizontaux (suite)<br />
Eboulis de schistes<br />
VIADUC du CHARMAIX<br />
50 drains : 2 coulent<br />
de 50m<br />
Nappe rabattue<br />
Nappe initiale<br />
Schistes<br />
Drain à<br />
cun<strong>et</strong>te<br />
Forage<br />
Ecoulements<br />
parasites<br />
24
Drains subhorizontaux ascendants<br />
Conception moderne<br />
Nappe<br />
rabattue<br />
Nappe<br />
initiale<br />
- lanterne sur le tiers d ’extrémité<br />
- Manchon d ’étanchéité<br />
- puis partie à fonction de<br />
collecteur d ’accumulateur<br />
Regard de<br />
visite<br />
Lanterne<br />
Manchon<br />
Collecteur<br />
Exutoire<br />
25
Drains subhorizontaux ascendants<br />
Graves<br />
Nappe initiale<br />
DOMAINES D’APPLICATION :<br />
- aquifère sur niveau imperméable :<br />
efficacité partielle,<br />
Marnes<br />
Efficacité partielle<br />
Surface de glissement<br />
Argiles<br />
- couche imperméable sur aquifère.<br />
Graves moraines<br />
26
Drains subhorizontaux descendants artésiens<br />
Q(H 10 - H 2 ) Q(H 1 f - H 2 )<br />
Q = CkD H<br />
C : coefficient de lanterne<br />
H10<br />
H1f<br />
H2<br />
Lanterne<br />
Manchon<br />
d'étanchéité<br />
Collecteur<br />
d'évacuation<br />
27
Drains subhorizontaux descendants<br />
DEUXIEME<br />
MASSIF<br />
TERRE<br />
ARMEE<br />
PREMIER<br />
MASSIF<br />
TERRE<br />
ARMEE<br />
10m<br />
MARTINIQUE,<br />
exemple : mur terre armée<br />
Rocade<br />
Fort de France<br />
Regard<br />
de visite<br />
Penser à purger l’air<br />
Favoriser Kv<br />
par drains<br />
verticaux<br />
TUFFITE<br />
Organe<br />
de purge<br />
Lanterne<br />
Regard sur<br />
collecteur EP<br />
28
Siphonnage<br />
GLISSEMENT DE TERRAIN<br />
. une pente<br />
. de l'eau<br />
. un piezomètre<br />
IDEE DU DRAIN SIPHON<br />
RD<br />
Tuyau de siphonnage<br />
PLAN DE REFERENCE<br />
29
1988<br />
DECOUVERTE DE LA NOTION<br />
DE «DEBIT CRITIQUE»<br />
PROBLEME MAJEUR :<br />
DEGAZAGE<br />
FORCE<br />
D’ECOULEMENT<br />
POUSSEE<br />
D’ARCHIMEDE<br />
PETITES BULLES<br />
DE DEGAZAGES<br />
RESERVOIR<br />
PERMANENT<br />
D’EAU<br />
Q
egard Ø 800<br />
1m20 mini prof<br />
tuyau PVC hors gel<br />
de regard de tête à regard de tête<br />
SCHEMA TECHNIQUE DRAIN SIPHON<br />
maximum 50m environ<br />
niveau de la nappe<br />
avant amorçage<br />
forage Ø165 mm<br />
niveau de l'eau<br />
rabattu dans le drain<br />
tuyau de siphonage<br />
filtre en grav<strong>et</strong>te<br />
reservoir permanent d'eau<br />
tuyau de siphonage<br />
de longueur totale<br />
L Pente < 100%<br />
plan de<br />
référence<br />
tuyau PVC<br />
chasse automatique<br />
regard éxutoire<br />
1000 x 1000 mini<br />
tuyau PVC éxutoire<br />
31
CAS TYPE D'IMPLANTATION<br />
Cas 1<br />
Circulations erratiques : inadapté<br />
C'est le cas le plus difficile. Seule l'utilisation du potentiel électrique<br />
perm<strong>et</strong> d'implanter au mieux les puits, mais cela reste difficile,<br />
Cas 2<br />
Aquifère sur substratum instable<br />
Nappe<br />
TN<br />
Dispo complémentaire<br />
GRAVES<br />
Après<br />
MARNES<br />
La solution reste partielle au niveau de l'efficacité du rabattement de la nappe <strong>et</strong> doit être<br />
éventuellement associée à des dispositions complémentaires<br />
32
CAS TYPE D'IMPLANTATION (suite)<br />
Cas 3<br />
Couche instable sur substratum aquifère<br />
Avant<br />
TN<br />
ARGILES<br />
Après<br />
SCHISTES<br />
AQUIFERES<br />
C'est le cas qui fonctionne le mieux. Les Drains Siphons suffisent en<br />
général à eux seuls à stabiliser le site.<br />
33
VUES GENERALES DE SITES TRAITES PAR DRAINS SIPHONS <br />
COURS <strong>et</strong> BUIS (Isère)<br />
Conseil Général<br />
Vue du réseau de tête <strong>et</strong> des deux<br />
regards exutoires<br />
RD85 - LES GERROTS (Normandie)<br />
34
Forage<br />
MISE Mise ENen PLACE place sur SUR regard REGARD<br />
36
Collecteur<br />
Ombilics de<br />
siphonnage<br />
Vue de dessus, du regard dit<br />
«carrefour», avant la traversée de route.<br />
Vers regard exutoire<br />
Drain vertical<br />
Grav<strong>et</strong>te<br />
filtre<br />
Ombilics de<br />
siphonnage<br />
Vue de dessus, de l’intérieur d’un<br />
regard courant.<br />
37
Regard exutoire<br />
vue des chasses<br />
38
RD510 – HERMIVAL – NORMANDIE<br />
FRANCE - 2001<br />
Travaux de surface de la gestion de la non<br />
39<br />
infiltration du ruissellement superficiel
1. l’amorçage des drains siphons se fait par injection d’eau claire depuis l’extrémité aval<br />
des ombilics<br />
2. Comme tous système de drainage, il est recommandé un entr<strong>et</strong>ien annuel de drains<br />
siphons par rinçage à l’eau.<br />
40
DRAINS SIPHONS : DONNEES PRATIQUES<br />
FORAGES Tubage OD : 128 / 152,4<br />
+ Trilame 115<br />
ESPACEMENT<br />
2m à 5m<br />
TUYAUX DE SIPHONNAGE<br />
Longueur maxi : 150m<br />
Diamètre intérieur : 10 - 12 - 14 - 16 - 20 - 25 mm<br />
DEBITS EN GENERAL EXTRAITS<br />
Par drain : 0 jusqu'à 300 l/h<br />
Exceptionnellement a atteint 2,5m3/h<br />
BESOINS EN DONNEES POUR UN PROJET :<br />
- Plan topographique recalé en altitude<br />
- Position des aquifères<br />
- Evolution de la piézométrie<br />
- Perméabilité : essais de débit par siphonnage<br />
- Lever du potentiel électrique<br />
41
DIFFICULTES<br />
* - MAUVAISES ETUDES<br />
- Plusieurs aquifères<br />
- Piézométrie mal caractérisée<br />
- Perméabilité mal caractérisée<br />
- PH<br />
- Eaux très chargées en oxydes<br />
* - CONCEPTION D'UN PROJET : REALISATION PARTIELLE<br />
* - GEL<br />
NON PRISE EN COMPTE DES EFFETS DE BORD<br />
* - DRAINS COLMATES : FILTRE EN GEOTEXTILE NON TISSE AIGUILLETE.<br />
* - DRAIN-SIPHON AFFIRME LA NECESSITE D'ENTRETENIR TOUT SYSTEME<br />
DE DRAINAGE<br />
42
Puits perdus<br />
Exemple : BONNEBOSCQ<br />
(1)<br />
Tranchée<br />
10m<br />
ARGILES SABLEUSES A<br />
VEINES SABLEUSES<br />
CALCAIRES<br />
Lanterne<br />
d'absorption<br />
(2)<br />
Lanterne de<br />
réinjection<br />
Les calcaires doivent pouvoir<br />
absorber le débit<br />
43
Puits d’injection<br />
FALAISES DE WIMEREUX<br />
Sources<br />
. Adéquation des débits<br />
. Bouchons batardeaux réguliers<br />
35m<br />
Infiltration<br />
Platier<br />
rocheux<br />
Plus hautes eaux<br />
de vives eaux<br />
Sables<br />
Graves<br />
Absorption<br />
44
Autoroute A7 : Col du Grand Boeuf<br />
Drains tous les 5m<br />
Sables + ou -<br />
limoneux <strong>et</strong><br />
niveaux de graves<br />
20m<br />
Remblai autoroute<br />
Ancien TN<br />
Marnes<br />
Canalisations 1000 foncées<br />
45
Puits perdus<br />
. Infiltrer la nappe supérieure dans la nappe profonde<br />
. Problème de pollution<br />
Encroûtement Partie filtrante<br />
Lanterne d'infiltration<br />
. Adéquation entre débit capté <strong>et</strong> débit capable de la lanterne<br />
Remblai SNCFde la<br />
BERTICHERE<br />
Nappe supérieure<br />
Remblai<br />
Sables supérieurs<br />
Argiles<br />
Sables inférieurs<br />
Nappe inférieure<br />
Craie<br />
46
Pointes filtrantes<br />
APPLICATION<br />
Rabattre la nappe d'un aquifère peu perméable<br />
Souvent traitement provisoire avant relais par autre système en stabilité de talus<br />
PRINCIPES<br />
Ensemble de drains verticaux dans lesquels on pompe par des pointes filtrantes<br />
en les reliant à une pompe à vide<br />
Cas des sables peu perméables (Oise)<br />
1 à 1m50<br />
Pompe à vide<br />
6m<br />
maxi<br />
Pointe<br />
Canne de<br />
pompage<br />
Reprise par éperons<br />
ou masques<br />
47
• Efficacité limitée à 6m sous le plan de pose<br />
de la pompe à vide.<br />
• Attention eaux sales (Soignolles, décharge)<br />
• Attention mise en œuvre :<br />
- lançage problème si lenticulaire,<br />
- forage préalable.<br />
• Attention si débit trop faible<br />
idem si trop fort.<br />
• Espacement : 1 à 1.50m à contrôler<br />
par piézomètre.<br />
48
Aiguilles filtrantes<br />
Ligne de<br />
drains<br />
Pompe à vide : efficacité 6m<br />
6m/TN<br />
rabattement<br />
des aiguilles<br />
2m<br />
6m/TN<br />
rabattement<br />
souhaité<br />
Massif butée<br />
Radier préfabrication<br />
Affaissement : 40cm<br />
49
Puits de pompage avec pompes immergées<br />
File de puits<br />
Energie<br />
Coût<br />
Entr<strong>et</strong>ien<br />
Limons<br />
sableux<br />
Thizy<br />
25m<br />
Tufs<br />
volcaniques<br />
Instabilité<br />
Pompe imergée<br />
50
Puits de pompage<br />
APPLICATIONS<br />
1. Aquièfe supérieur épais imperméable<br />
Mis en relais avec autre dispositif car efficacité partielle.<br />
2. Aquifère inférieur profond, soit : - en provisoire,<br />
- en définitif.<br />
DIFFICULTES : efficacité entre puits k = -10 7 m/s<br />
Vallée d’accès, tunnel Ste MARIE<br />
R = 1.5 x ΔH x<br />
k<br />
H = 20m R = 7.12m _ 6<br />
10 m / s<br />
?<br />
5m<br />
R = 7,12<br />
Le rayon d’action :<br />
traduction partielle<br />
de l’efficacité<br />
51
Pompes électropneumatiques<br />
Clarin<strong>et</strong>te<br />
Electrovanne<br />
Bombonne<br />
Compresseur<br />
2000 l/mn 7bar<br />
Exutoire<br />
PRINCIPE<br />
Pompe immergée adaptée<br />
à p<strong>et</strong>it forage PVC Ø100mm<br />
grande profondeur mais < 50m<br />
p<strong>et</strong>it débit < 1.5 m³/h<br />
Contact 3<br />
Commande<br />
électrovanne<br />
Ø 80 mm<br />
Clap<strong>et</strong><br />
anti r<strong>et</strong>our<br />
Contact 2<br />
Contact 1<br />
Clap<strong>et</strong> d'entrée d'eau<br />
52
Pompe électropneumatique, application : LES DEUX ALPES<br />
Immeuble<br />
Eboulis<br />
de schistes<br />
Sous-sol<br />
Surface de<br />
glissement<br />
Nappe initiale<br />
20m<br />
drains dans<br />
sous-sol<br />
Objectif<br />
rabattement<br />
53
Pompe électropneumatique :<br />
Application MACON «La<br />
Grisière<br />
re»<br />
Décharge : Lixiviat<br />
Pollution<br />
Stabilité de talus<br />
Drains (14 à 20m tous les 4m)<br />
Décharge<br />
14m<br />
Argile à cailloux<br />
<strong>et</strong> blocs<br />
Ancien TN<br />
Calcaires<br />
54
Vue générale d’une installation<br />
Tableau de commande<br />
PUMP TOP<br />
Water exit tubing<br />
Arrivée air<br />
comprimée<br />
Forage<br />
Tuyau<br />
d’évacuation<br />
de l’eau<br />
Raccord<br />
pour tuyau<br />
d’air<br />
2.00m<br />
Câble électrique<br />
Câble électrique<br />
Evacuation de l’eau<br />
de drainage<br />
Regard de protection<br />
Chambre de pompage<br />
55
COMPORTEMENT COURT TERME ET LONG TERME<br />
D’UN DRAINAGE<br />
- CAPACITE RESERVOIR VIDEE A COURT TERME<br />
- ALIMENTATION PERMANENTE GEREE A LONG TERME<br />
Robin<strong>et</strong><br />
24H/24<br />
Baignoire<br />
NECESSITE D’ENTRETIEND<br />
D’UND<br />
SYSTEME DE DRAINAGE : UN IMPERATIF<br />
OXYDES DE FER, CALCITE, MOUSSES<br />
56