Dimensionnement Des Filtres Granulaires [PDF]

Zitiervorschau

COMITE NATIONAL DES BARRAGES DU BURKINA 10e ANNIVERSAIRE

DIMENSIONNEMENT DES FILTRES ET DRAINS GRANULAIRES DANS LES BARRAGES EN TERRE: nouvelles approches Adama NOMBRE Ingénieur GR Dr Eloi SOMDA Moussa KABORE Ingénieur GR

PLAN 1- Évolution des barrages en remblai et nécessité d’un filtre 2- Définition d’un filtre 3- Les filtres dans les barrages en terre 4- Evolution de la conception des filtres 5. Exemple d’application

1- EVOLUTION DES BARRAGES EN TERRE NECESSITE D’UN FILTRE

m 1

Digue homogène sans filtre m 1

Digue homogène avec drain de pied

Digue homogène avec tapis filtrant (filtre horizontal)

Digue homogène avec filtre cheminée (filtre vertical) et tapis filtrant m 1

Digue zonée avec noyau argileux central, filtres cheminées (filtre vertical) et tapis filtrant

2.DEFINITIONS DES FILTRES 2.1 Un filtre est un dispositif qui permet d’arrêter la migration des particules fines (freiner l’érosion interne du sol qu’il protège) d’un sol tout en assurant la circulation de l’eau à travers ce dernier. 2.2 Il existe deux types de filtres : • Les géotextiles Les géotextiles sont des membranes imputrescibles fabriquées à partir de fibres synthétiques comme le polypropylène, le polyester et le nylon. Les géotextiles retiennent les particules de sol tout en laissant l’eau s’écouler librement. Contrairement aux filtres granulaires, ils sont extensibles et résistent aux efforts de traction et de déchirures.

•

Les filtres granulaires

Ce sont des filtres constitués par les matériaux granulaires du sol (sables et graviers naturels ou produits de concassage de la roche saine). Pour concevoir un filtre granulaire, on doit nécessairement connaître: - Les granulométries individuelles des échantillons du sol à protéger - La granulométrie individuelle des matériaux identifiés pour le filtre

3- LES FILTRES DANS LES BARRAGES EN TERRE 3.1 Rôles d’un filtre •

Rétention des particules fines du sol à protéger

•

Drainage

•

rabattement de la nappe phréatique dans la digue pour garder une recharge aval hors d’eau

3.2 Qualités d’un bon filtre •

•

Ne pas se ségréguer lors de la mise en oeuvre Ne pas changer de granulométrie pendant sa mise en œuvre et durant son fonctionnement

•

Ne pas avoir de cohésion apparente ou réelle

•

Avoir une stabilité interne

•

Avoir une capacité d’évacuation suffisante

3.3 Types de filtres selon leur importance •

Filtres non critiques - la défaillance de ces filtres engendre des dommages de moindre importances sur l’ouvrage; - l’accès est facile et possible - l’ écoulement est parallèle ou Normal avec un gradient hydraulique faible.

• Filtres critiques - Le mauvais fonctionnement de ce filtre engendre une grande probabilité de formation d’érosion interne dans le remblai et par conséquent la rupture du barrage. - l’accès au filtre pour des réparations est impossible - le filtre est placé dans la recharge aval en général - l’écoulement est normal à l’interface du filtre avec un gradient hydraulique important Schéma.xls

4 - EVOLUTION DE LA CONCEPTION DES FILTRES NOTATIONS :

F et D désignent respectivement le filtre et son diamètre B et d désignent le sol de base ou sol à protéger et son diamètre

4.1 Conception du filtre selon Terzaghi (règles de Terzaghi 1922)

D15F/d85B < 5 2< (D60/D10) 4 ou 5 moins de 5% d’éléments < 80µ et d15 des sables >0.1 mm La courbe granulométrie du filtre est parallèle à celle du matériau de base REMARQUES - Le critère de Terzaghi ne s’appliquent pas aux sols fins - Le filtre proposé par Terzaghi est un filtre à granulométrie uniforme. Lorsqu’une érosion survient, elle se peut se généraliser et tous les matériaux du filtre risquent d’être transportés. - On ignore si les critères sont basés sur des essais ou sur un raisonnement prudent (Matériau de base, matériau du filtre).

4.2 Règles modernes de conception des filtres De nombreuses ruptures ou des conditions atteignant presque la rupture des digues ont étées liés à une absence de filtre ou à une protection par un filtre inadéquat. Cela a poussé les professionnels du domaine, au cours des années 70 et 80, à mener des recherches sur ce problème et présenter des critères de conception et de construction de filtres appropriés. Il s’agit de mettre en place des filtres bien gradués à granulométrie continue.

Parmi ces chercheurs ont peut citer: • Vaughan et Soares (1982) • Kenney et Lau (1985) • Sherard et Dunnigan (1989) • Foster et Fell (1999)

•Dimensionnement du filtre critique selon Sherard Il s’agit de déterminer les caractéristiques du filtre du point de vue: - de la nature des matériaux - et des caractéristiques géométriques. Détermination du fuseau des matériaux de filtre méthode et critères Le fuseau du filtre est dimensionné sur la base des critères établis par Sherard du « Soils Conservation Service » des États Unis modifiés par Robin et Fell. Le filtre doit répondre aux critères suivants : - critère de rétention des particules - Critère de perméabilité - Critère d’uniformité pour la non ségrégation - Critères des fines et de la plasticité des fines

1 : Tracer les courbes granulométriques des échantillons du matériau identifiés pour le remblai et

définir le fuseau du remblai

OUI

2 : l’échantillon contient du gravier (matériaux ont un diamètre > 5mm)

3 : Procéder à un ajustement des courbes granulométriques des échantillons du matériaux identifiés pour le remblai 3.1: Calculer le facteur de correction en divisant 100 par le pourcentage de passant à 5 mm 3.2 : Multiplier les pourcentages des éléments de l’échantillon > à 5 mm par le facteur de correction 3.3 : Utiliser ces pourcentages ajustés pour tracer la nouvelle courbe granulométrique 3.4 : déterminer le pourcentage de passant à 80µm sur la courbe des matériaux fins

Le filtre est dimensionné avec les caractéristiques du sol le plus fin

NON

4: Classer l’échantillon dans l’une des catégories du tableau n°1 ci-dessous selon le pourcentage de passants à 80µm

5 : Stabilité interne : déterminer le D15F maximum admissible pour le filtre selon les critères du tableau n°2 6- Critère de perméabilité: D15F minimum admissible selon les critères du tableau n°3. Cette valeur doit être toujours supérieure ou égale à 0.1 mm 7- le filtre ne doit pas contenir plus de 5% de fines passant à 80 µm et ces derniers doivent être non plastiques. 8-Critère de non ségrégation pendant la mise en œuvre: les critères du tableau n°3 sont utilisés. Cela permet de déterminer le D90 maximum du filtre. 9 - On obtient D60 en respectant un Cu c’est à dire D60/D1085 2A

35 - 85

3 4A

15 - 35