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Chapitre III 67 C H A P I T R E I V Barrages en remblai Animé par Emmanuel ALON

Chapitre III 67 C H A P I T R E I V Barrages en remblai Animé par Emmanuel ALONSO (Cemagref) Membres du groupe : Jean-Pierre BECUE (SAFEGE), Gérard BOLLE (Expert), Jean-Luc BRODIN (CACG), Patrice BRUNEL (CARA), Alain CASSARD (DDAF 67), Gérard DEGOUTTE (ENGREF), Michel DORE (MECASOL), Danièle LAUTRIN (Cemagref), Jean LEFEBVRE (Ingénieur Conseil), Georges MICHEL (SCP), Paul ROYET (Cemagref) et Georges TRATAPEL (CNR). Des milliers de petits barrages en remblai d’une hauteur de quelques mètres à une trentaine de mètres ont été réalisés en France, et les projets sont encore nombreux. Ces ouvrages, relativement modestes, sont surtout situés en milieu rural. Ils sont majoritairement en terre et leurs principaux objectifs sont le soutien des étiages, l’irrigation, l’écrêtement des crues, les loisirs et/ou la fourniture d’eau potable. Pour cette raison, la partie consacrée aux barrages en remblai est plus dévelop- pée que celle consacrée aux barrages en béton. LES TYPES DE BARRAGES EN REMBLAI Les grands types de barrages en remblai sont : type 1 : barrages en terre homogènes, constitués de matériaux étanches ; type 2 : barrages à zones avec massif amont ou noyau central assurant l’étanchéité ; type 3 : barrages en matériaux perméables (sable, grave, cailloux, tout-venant) munis d’un dispositif d’étanchéité artificielle. Les ouvrages en enrochements (type 2 ou type 3) seront évoqués, mais plus rapidement, car il s’agit d’une technique peu fréquemment utilisée pour les petits barrages. Sommaire B arrages en remblai 68 ÉTUDES GÉOTECHNIQUES Ce paragraphe complète pour les barrages en terre le chapitre III (voir p. 37 et s.) auquel le lecteur devra se reporter. Il insiste surtout sur l’interprétation des résultats d’essai. Le tableau 1 (ci-contre) résume l’ensemble des études géotechniques d’un site nécessaires à l’établissement du projet concernant la fondation du remblai et les zones d’emprunt. Mais outre la recherche des matériaux, d’autres études peuvent impliquer la cuvette : son étanchéité dans le cas où le problème ne peut pas être résolu au droit du barrage, la stabilité des versants qui est à vérifier dans certains cas. Il paraît primordial d’insister sur l’importance d’un essai très simple, surtout dans le cas des barrages homogènes. La teneur en eau est l’essai de base qui, associé à un commentaire lors du prélèvement sur la nature du matériau (argile, sable limoneux, grave propre...) et son état (sec, très humide...), permet une bonne première appréciation du site. Il ne faut pas hésiter à multiplier cet essai, peu coûteux (par exemple dans les emprunts) en préle- vant un échantillon tous les 0,5 à 1 mètre de profondeur afin d’évaluer le gradient d’humi- dité. En général, la teneur en eau des matériaux est peu variable au cours de l’année sauf en surface, jusqu’à 1,5 mètres environ de profondeur, où les matériaux peuvent être, suivant les conditions atmosphériques, secs ou humides. Aussi bien en fondation qu’en zone d’emprunt, les échantillons ne sont généralement prélevés que dans certaines tranchées, mais ces dernières ont toutes un rôle descriptif (nature et état des matériaux, profondeur des couches, venues d’eau). Les essais mécaniques et hydrauliques sur les matériaux des emprunts doivent être réalisés à la teneur en eau à laquelle ces matériaux seront mis en place. La résistance au cisaille- ment des sols fins, surtout à court terme en contraintes totales, chute nettement lorsque la teneur en eau augmente. REMARQUES SUR LES RÉSULTATS DES PRINCIPAUX ESSAIS DE LABORATOIRE Teneur en eau des matériaux fins Il convient que les matériaux d'emprunt aient une tenuer en eau proche de celle de l'opti- mum Proctor normal. Mais, avant même de connaître cette valeur, on peut indiquer que lorsque les teneurs en eau sont inférieures à 10 ou supérieures à 40, les matériaux ont des caractéristiques médiocres et il peut être délicat de les utiliser comme emprunts. Analyse granulométrique Les matériaux qui contiennent plus de 30 % d’éléments inférieurs à 80 µ sont probable- ment étanches ; avec moins de 15 %, ils ne le sont probablement pas. Avant d’envisager une étanchéité artificielle du remblai, il convient de bien vérifier qu’on ne dispose pas de matériaux susceptibles de constituer un noyau étanche. Chapitre IV 69 Tableau 1 - Études géotechniques d'un barrage en remblai Limites d’Atterberg Les matériaux fins dont l’indice de plasticité est supérieur à 35 posent non seulement des problèmes de stabilité mais également de tassement, de gonflement et de mise en œuvre. Proctor Normal À l’optimum (OPN), le degré de saturation est généralement compris entre 80 et 90 %, et la contrainte de préconsolidation se situe entre 100 et 200 kPa dans la grande majorité des cas. Par rapport à la teneur en eau optimale, la teneur en eau de mise en place des matériaux ne doit pas s’en écarter de plus de 2 ou 3 points (côté sec et côté humide) et même quelquefois moins. Essais triaxiaux non consolidés non drainés Ces essais permettent d’obtenir les caractéristiques dites non drainées : cohésion cuu et frottement interne uu. En fondation, si la couche meuble la plus médiocre (en général saturée ou presque et donc uu = 0 ou très faible) a une valeur de cohésion non drainée cuu de 20, 40, 60, 80, 100 kPa (des valeurs supérieures à 100 kPa sont peu courantes), on peut respectivement cons- truire un barrage de hauteur 5, 10, 15, 20, 25 mètres sans avoir à élargir sensiblement sa base, par rapport au même ouvrage qui serait fondé sur du rocher. Reconnaissance du site Essais de laboratoire Étude initiale Étude complémentaire T eneur en eau Identification Compactage Comportement de la fondation des emprunts Tranchées (ou puits) à l’aide d’une pelle hydraulique (profondeur d’investiga- tion minimale de 4 m) pour étude de la fondation superficielle et recherche des emprunts. Tarière si zones inaccessibles. Sondages carottés avec essais d’eau de type LEFRANC (terrain meuble) et LUGEON (roche avec pression max. de 3 fois la hauteur d’eau de la retenue). Tranchées continues dans certaines zones. Autres essais in situ (pénétromètre, scissomètre, pressiomètre, géophysi- que...). Effectuée sur chaque échantillon prélevé (d’un poids minimum de 2 kg) Prélèvement d’échantillons remaniés et aussi intacts en fondation si matériaux fins. Limites d’Atterberg des matériaux suffisamment fins et granulométrie (éventuelle- ment teneur en matières organiques, essai au bleu de méthy- lène, minéralogie, teneur en gypse). (+identifica- tion et + PN si emprunts). Triaxiaux non drainés consolidés CU et non consolidés UU, compressibi- lité pour matériaux fins. Boîte de cisaillement pour matériaux grossiers. Perméabilité. (+identifica- tion) Proctor Normal PN et poids spécifique (échantillon d'au moins 20 Kg à prélever). B arrages en remblai 70 Pour le remblai, plus le matériau est humide (par rapport à l’OPN), plus la résistance au cisaillement est faible et cuu de l’ordre de 50 kPa (avec uu = 0) correspond à la limite d’utilisa- tion du matériau. Côté sec on a souvent cuu supérieur à 100 kPa et uu supérieur à 10°. Essais triaxiaux consolidés non drainés (ou drainés) Ces essais permettent d’obtenir les caractéristiques granulaires : cohésion c’ et frottement interne ’. Les matériaux fins intacts ou compactés ont des valeurs de cohésion c’ et d’angle de frottement interne ’ rarement hors des limites suivantes : 5 à 30 kPa pour c’ et 15° à 40° pour ’, soit une fourchette de 25 kPa et de 25°. La nature des matériaux a une influence importante sur ces valeurs. On peut obtenir des caractéristiques qui sont toutes les deux soit très médiocres (exem- ple : c’ = 10 kPa et ’ = 20°), soit excellentes (exemple : c’ = 25 kPa et ’ = 35°). Il est à noter toutefois que l'estimation est bien moins précise que celle de ’. CHOIX DU TYPE DE BARRAGE EN TERRE Si l’on dispose de sols fins de qualité satisfaisante et en quantité suffisante (1,5 à 2 fois le volume du remblai), la solution barrage en terre homogène ou pseudo-zoné (type 1) s’impose comme la plus économique. Le barrage pseudo-zoné est une variante du bar- rage homogène qui consiste à répartir les matériaux dans le corps du barrage en fonc- tion 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 répu- tées différentes, contrairement à la plupart des barrages zonés. Si l’on dispose de matériaux fins en quantité limitée et de suffisamment de matériaux grossiers exploitables, on peut envisager la construction d’un barrage en terre zoné (type 2) avec noyau ou massif amont assurant étanchéité et recharges stabilisatrices grossières. Ce type de solution présente toutefois l’inconvénient d’une mise en œuvre par zone qui sera d’autant plus compliquée et onéreuse que le site est étroit et qu’il peut contrarier l’évolution des engins. Un autre inconvénient est la uploads/Ingenierie_Lourd/ barrage-en-remblai-pdf.pdf