LES GEOCOMPOSITES DE FILTRATION ET DE ... - …

1 Premier Symposium M diterran en de G oengineering SMGE09 Alger 20 et 21 juin 2009 LES GEOCOMPOSITES DE FILTRATION ET DE DRAINAGE DANS LES INFRASTRUCTURES LINEAIRES ET LE GENIE CIVIL ARAB Rabah1 , GENDRIN Pierre 2, YAHIA-AISSA Mourad 3, ZERMANI Messaoud4 1 AFITEX, 13 15 rue Louis Bl riot 28300 Champhol, France 2 Bureau d Etude G oroute Ing nierie, France 3 Terrasol,Montreuil, France 4 AFITEX Alg rie, Alg rie R sum : Durant ces vingt derni res ann es, les g ocomposites ont connu un essor consid rable dans tous les domaines de la construction particuli rement dans les infrastructures routi res et dans les centres de stockage de d chets. De nos jours, ils sont pr sents dans la plupart des ouvrages et leurs domaines d'application ne cessent de s accro tre. Ce sont des produits qui contribuent la pr servation de la ressource naturelle et la protection de l environnement.

2 Dans notre communication, nous nous proposons de pr senter des ouvrages ou les g ocomposites sont utilis s avec succ s. Mots-Clefs : Ouvrages, Drainage, FILTRATION , G ocomposites, Instrumentation. Abstract : During these last twenty years, GEOCOMPOSITES knew a considerable development in all the domains of construction particularly in linear infrastructures and landfills waste storage. Nowadays, they are present in most of the works and their domains of application do not stop increasing. It is products which contribute to the conservation of the natural resource and the environmental protection. In our communication, we suggest presenting works where GEOCOMPOSITES is successfully used. Key-Words: Works, Drainage, FILTRATION , GEOCOMPOSITES , Instrumentation. 1. Introduction Le drainage est l ensemble des op rations artificielles de collecte et d vacuation de l eau pr sente dans le sol. C est un l ment important dans la stabilit des ouvrages, particuli rement les ouvrages g otechniques tels que les remblais et les ouvrages en terre renforc s.

3 La solution traditionnelle telle qu elle est pratiqu e de nos jours (figure 1) est constitu e par : un g otextile inf rieur de FILTRATION et de s paration, un mat riau granulaire forte perm abilit de quelques dizaines de centim tres, un g otextile sup rieur de s paration et FILTRATION . Figure 1 : Structure de la solution traditionnelle Premier Symposium M diterran en de G oengineering SMGE09 Alger 20 et 21 juin 2009 2. Solution de drainage par g ocomposite La structure du g ocomposite est illustr e sur la figure 2. Elle r sulte de l'assemblage par aiguilletage des l ments suivants : une nappe filtrante non tiss e aiguillet e (filtre inf rieur), des mini-drains perfor s r guli rement selon deux axes altern s 90 , une nappe drainante non tiss aiguillet e, une nappe filtrante non tiss e aiguillet e (filtre sup rieur). Il est largement utilis en g otechnique routi re et en g otechnique de l environnement (Gendrin et al.)

4 2006, Arab et al. 2002, 2006). Figure 2 : Structure du g ocomposite de drainage 3. M thode de dimensionnement logiciel Lymph a Le logiciel LYMPHEA est d velopp et est valid en collaboration entre le Laboratoire R gional des Ponts et Chauss es (LRPC) de Nancy et l Universit Joseph Fourier de Grenoble 1. Il permet de dimensionner tout type de drainage (liquide et gaz) par g ocomposite en tenant compte des caract ristiques g om triques de l ouvrage et les conditions hydro-g otechniques locales (Faure et , Faure et Auvin, 2004). Les conditions de flux consid r es dans LYMPHEA sont les suivantes : alimentation avec flux homog ne perpendiculaire au produit drainant, alimentation en eau avec une charge hydraulique constante une certaine distance dans le sol. Dans les mod lisations analytiques, les coulements d eau dans la partie courante (nappe composite) sont consid r s perpendiculaires aux mini-drains (figure 3) et cela est valid par des exp rimentations (figure 4).

5 Figures 3 et 4 : Mod lisation des coulements dans la nappe composite Premier Symposium M diterran en de G oengineering SMGE09 Alger 20 et 21 juin 2009 LYMPHEA tient en compte des param tres suivants : la capacit de d bit dans le plan de la nappe drainante sous compression (hauteur du remblai), la longueur des coulements la pente ventuelle des coulements, l espacement entre les mini-drains ; les conditions d' coulement dans les mini-drains Le logiciel permet de d terminer le produit le mieux adapt pour drainer le flux attendu en optimisant le nombre de mini-drains de fa on limiter la pression hydraulique (exprim en hauteur d eau) dans le g ocomposite. Le logiciel permet de visualiser les courbes pi zom triques dans le g ocomposite (homog ne ou h t rog ne). Les quations analytiques r gissant les coulements dans les g ocomposites quip de mini-drains, qui sont impl ment es dans le logiciel LYMPHEA sont donn es dans les paragraphes qui suivent.

6 Alimentation avec un flux constant travers le sol Le flux dans le sol est consid r perpendiculaire au plan du g ocomposite avec une vitesse constante V. La perte de charge dans chaque l ment du g ocomposite est calcul e en accord avec les conditions d' coulement dans les mini-drains. Mini-drains non satur s Les mini-drains peuvent tre non satur s lorsque la pente est relativement forte (donc le gradient i), la longueur Lo est petite, la vitesse du flux entrant est faible et la distance entre mini-drains est relativement faible. Ces conditions sont rencontr es quand la relation entre ces param tres est : ()VBLno2sin1+ < (1) La pression maximum entre mini-drains est gale : ()bVBuVBaw+= 2 max (2) Mini-drains satur s On peut rencontrer ce cas lorsque la pente de l coulement est n gative (sous remblai o le point central est plus bas que les sorties cause des tassements) ou quand la pente est nulle ou encore lorsque la pente est trop faible vis vis de la longueur des mini-drains.

7 Les mini-drains sont satur s sur toute leur longueur L, le seul param tre qui contr le le flux est la diff rence d'altitude entre les points extr mes. Avec une pente positive, les mini-drains seront totalement satur s si : ()1122sin+++ >nnnVBL (3 a) Et la pression maximum entre mini-drain est de : ()()()( ) ++=+++ ++ sin.)1/()2(1/12212 LLVB annnVBnnbVBuw (3 b) Quand la pente est n gative ou gale 0, la pression hydraulique exprim e en hauteur d'eau par rapport la sortie est donn e par : Premier Symposium M diterran en de G oengineering SMGE09 Alger 20 et 21 juin 2009 ()()())1/()2(1/12212 +++ ++ ++=nnnVBnnbVBuLVBaw (3 c) Alimentation avec une hauteur d eau constante travers une couche de sol Cette situation se pr sente, par exemple, pour le drainage d'une fondation sur un sol d' paisseur D et de faible perm abilit , situ sous le niveau de la nappe phr atique.

8 Les mini drains sont suppos s satur s, horizontaux et d'une longueur L, pour une approche th orique. Dans ces conditions, la distribution des vitesses d' coulement dans le g ocomposite n'est pas uniforme, mais fonction de la perte de charge dans la nappe drainante entre les mini drains et dans les mini drains. Pour une charge h0, la pression maximum dans la nappe l inter-drain (x= 0 et s= 0) est donn par : () = DkBLhuwcosh1cosh110max (4a) avec = DkBDkqdtanh2 (4b) La capacit de d charge des mini drains est constante et le flux est calcul la sortie des mini drains o il est maximum et la capacit de d charge minimum. Le d bit de chaque mini drain est donn par : ()LhqLsQd ==tanh)(02 (4 c) Notations V : coulement vertical alimentant le produit (m/s) B : demi-distance entre mini-drains (m) L : longueur des coulements (m) a : constante exp rimentale b : constante exp rimentale : transmissivit (m /s) : constante exp rimentale n : constante exp rimentale : pente des coulements ( ) h : charge hydraulique (m) qd : capacit de d charge (m3/s) k : perm abilit (m/s) D : paisseur de la couche de sol (m) Premier Symposium M diterran en de G oengineering SMGE09 Alger 20 et 21 juin 2009 4.

9 D viation sud de Cambrai drainage sous remblai Le contournement sud de Cambrai constitue la d viation de la RN43, axe qui relie Douai Cambrai et Le Cateau. Cette op ration a pour objectif de d vier le trafic de transit de l'agglom ration de Cambrai, de contribuer au d veloppement de l'agglom ration et de faciliter l'acc s au r seau autoroutier pour l'est du Cambr sis. Ce contournement intercepte la RN 30 et la RN 44, et dans cette section, successivement le canal de Saint Quentin et la rivi re Escaut. La maitrise d uvre a choisi de r aliser un viaduc de 280 m de long pour franchir la zone en raison de la richesse faunistique et floristique du site. Le contexte g otechnique et solution pr conis e La vall e de l'Escaut est un site g ologiquement sensible. Elle pr sente des sols organiques tr s compressibles. La pr sence des sols organiques est confirm e par les sondages g otechniques r alis s aux approches de l'ouvrage.

10 Ils ont r v l une couche de tourbe d paisseur moyenne de 1,80 m une profondeur entre 3 et 5 m. Les tudes g otechniques ont mis en vidence des tassements de l ordre de 1,10 m des remblais proximit des cul es, qui sont dus essentiellement la pr sence de sols organiques. A l issue des investigations g otechniques (figure 5), le Laboratoire R gional des Ponts et Chauss es (LRPC) de Lille pr conise de r aliser les remblais en deux phases. La premi re phase correspond la mont e du remblai jusqu 5 m (la hauteur totale tant de 8,00 m). La deuxi me phase consiste r aliser le remblai dans sa hauteur finale (8m). Le d lai entre les deux phases, qui permet d'obtenir une consolidation 95% des tassements pr visibles est valu trois mois, condition de drainer verticalement les terrains sous-jacents. Figure 5 : Coupe g otechnique et l gende Premier Symposium M diterran en de G oengineering SMGE09 Alger 20 et 21 juin 2009 Phase travaux et instrumentations Pr alablement la r alisation du remblai, une instrumentation comprenant un dispositif de mesure des tassements, d placements horizontaux du sol et des pressions interstitielles a t mise en place.