ESSAIS DE PERMEABILITE SUR CHANTIER

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1 ESSAIS DE PERMEABILITE SUR CHANTIER
in situ 1) prennent beaucoup de temps 2) de nombreuses pièces d’équipement (cher) 3) résultats plus proches de la réalité (sol intact) mais 4) plus fiables 2 essais perméabilité à base d’un tubage de forage Perméabilité par pompage essais en laboratoire résultats plus au moins fiables (sols remaniés)

2 Essai de perméabilité par pompage
consiste à forer jusqu’à la couche imperméable de sol pompage continu et régulier  écoulement permanent niveau stationnaire dans les puits de pompage et d’observation mesurer le rabattement dans les puits d’observations rayon d’influence (R) = La distance de non effet sur la nappe mesure de k à l’aide de l’équation  (Dupuit 1863) :

3 2 méthodes sont utilisées :
Essai à base d’un tubage de forage 1) circuler l’eau à travers le sol en contact avec la base du tubage 4) on relève le tubage par paliers 2) essai ponctuel 5) on mesure q (niveau d’eau dans le tubage constant) 3) on verse le sable lavé  2 méthodes sont utilisées : * à niveau constant : k moyen k = q / 2,75 . D . HC * à niveau variable : k faible k = p’.C / 60 p’ est la pente de ln (H/Hi) = f (temps)

4 ECOULEMENT DE L’EAU mouvements de l’eau dans les sols capacité = f(gonflement, retrait) état stationnaire : ppté statique perméabilité la seule propriété dynamique 

5 l’eau en un point donné porte
charges hydrauliques  Par sa pression et par sa vitesse par sa position, l’eau en un point donné porte quantité d’énergie équation de Bernoulli  (énergie totale - MDF) Énergie totale (m d’eau) terme énergie  charge hydraulique ou charge (h)

6 Charge hydraulique totale :
Charges  énergie cinétique dans les sols hV  0 écoulement très lent hv = v2/2g  1. charge de vitesse : énergie produite par la pression qui s’exerce sur l’eau pression engendrée par la quantité d’eau située au-dessus du point 2. charge de pression : ou piézomètrique hp = p/ associée à l’énergie potentielle la distance de la surface de référence arbitraire 3.charge d’élévation : ou de position he = z  =  3 charges partielles (Équation de Bernoulli)  Charge hydraulique totale : h = hv + hp + he Perte de charge h = hA – hB

7 Diagramme des charges h Charge d'élévation (he)

8 Calcul h et h 1/ calcul he 2/ calcul hp 3/ calcul h 4/ calcul h
piézomètre 1/ calcul he 2/ calcul hp 3/ calcul h 4/ calcul h

9 LES FORCES D’INFILTRATION ET LA BOULANCE
eau exerce une pression sur les particules  : force d’infiltration  proportionnelle à h et i force d’infiltration  : agit sur la contrainte effective (’) ’ = la pression qui s’exerce entre les particules de sol écoulement descendant  : contrainte effective augmente Poids du sol : ’ Forces d’écoulement Poussée d’Archimède :  écoulement ascendant  : contrainte effective diminue Poids du sol : ’  risque ’ = 0  état de boulance  Forces d’écoulement · les particules flottent et ne supportent aucune charge · survient dans les sables et les sables silteux · sables boulants ou mouvants Poussée d’Archimède : 

10 Détermination du gradient hydraulique critique
Feau = Fsol + eau L’état critique : force ascendante Feau force descendante hC = perte de charge critique Fsol + eau En égalisant, on obtient : Sachant Sr = 100 % où ’ = sat -  (déjaugée) Et on peut avoir aussi : P.Réf. = ’ /   = G.  ic  provoque l’état de boulance Liquéfaction du sol

11 DETERMINATION DE LA PROFONDEUR CRITIQUE
Si on creuse à une profondeur critique Pc le fond de l’excavation commencera à se soulever sous l’effet des forces d’infiltration dues à la perte de charge hc  profondeur critique  équilibre des pressions  Psol = Peau  . g. L = . g. h Comme : h = hC + L  Sachant que : et L = H - PC Donc : Pc = H – (hc / ic) Sens écoulement

12 Pour éviter l’état de boulance (rupture)  i < ic
FACTEUR DE SECURITE  Pour éviter l’état de boulance (rupture)  i < ic  un facteur de sécurité : FS = iC / i  pour augmenter Fs, il faut : soit augmenter la longueur de l’écoulement (enfoncement de la palplanche) soit diminuer la perte de charge (rabattement de la nappe) h sol

13 loi de Darcy, pour le calcul du débit :
RESEAUX D’ECOULEMENT 1/ Écoulement unidimensionnel  est le plus simple loi de Darcy, pour le calcul du débit  : 2/ En réalité, l'écoulement est tridimensionnel (difficultés) 3/ Écoulement bidimensionnel Une méthode graphique Schématiser l’écoulement de lignes (réseau d’écoulement)  Evaluer débit (Q) et charges (h) et les zones critiques (boulance)

14 CALCUL DU DEBIT D’INFILTRATION (Unidimensionnel)
qt = débit à travers un tube  Q = qt . Nt Débit total : Nt = nombre de tubes A= section d’un tube  qt = v .A = k. i. A  NP = nombre de chutes  L =  . Np   =   A =  . P  Perte de charge pour chaque tube h’ = h / Np débit total  Q = k. h. P. Nt / Np Par unité de largeur Q = k. h. Nt/Np 1 2 3 4

15 réseaux d’écoulement bidimensionnel (à main levée)
Conditions limites lignes de courant Phénomène de Renard lignes équipotentielles 5 tubes de courant Après dessin à main levée tube de courant 10 chutes de charge Chute de charge h' = h/10 piézomètre 1 10 5 4 3 2 9 2 3 8 4 7 5 6 1 Plan de référence H

16 réseaux d’écoulement bidimensionnel
Déterminer : hA, hH , Q et Fs k = cm/s ; h = 4,8 m; e = 0,82 Gs = 2,0 ; P = 30 m (largeur) AM = 3,3 cm = htotale = 4,8 m Nt = tubes Np = 10 chutes FA = 7 cm = (4,8 / 3,3) x 7 = 10,18 m h' = htotale / Np = 4,8 / 10 = 0,48 m BE = 3,2 cm = (4,8 / 3,3) x 3,2 = 4,65 m htotale = 4,8 m chute 10e = 1,1 cm = (4,8/3,3)x1,1 = 1,6 m M 3,3 cm h 1 1,1cm 10 3,2cm 1 2 2 3 9 4 3 8 4 7 5 6 7 cm 5

17 réseaux d’écoulement bidimensionnel
Calcul de hA ? Calcul de hN ? Sachant que : hA = heA + hpA hN = heN + hpN heN = (4,8 / 3,3) x 2,8 = 4,07m heA = 10,18 m et hpA = 4,80 m hpN = hPN – 7 h' = 4,80 – (7 x 0,48) = 1,44 m Charge totale au point A hA = 14,98 m Charge totale en N hN = 5,51 m M 3,3 cm 1 7 cm 2 x n 3 4 5 7 6 2,8 cm Plan de référence

18 Fs = ic / i Débit d'infiltration ? Q = k . h .Nt / Np
k = cm/s ; h = 4,8 m; e = 0,82 Gs = 2,0 ; P = 30 m (largeur) Q = k . h .Nt / Np Nt = 5 tubes   ; Np = 10 chutes Q = ,8 . 5 / 10 = 7, m3/s Qtotal = 7,2 x 10-7 m3 /s x 30 m = 2,16 x 10-5 m3 /s par mètre de largeur Coefficient de sécurité ?  Fs = ic / i et h’ = 4,8 /10 chutes = 0,48 m  = 1.60 m longueur (maille de sortie) i = h’/ i = 0,48 / 1,60 = 0,30  Fs = ic/i = 0,93 / 0,30 = 3,1   pas de risque de préférence quand Fs   il faut enfoncer les palplanches

19 ou la vitesse superficielle
Vitesse d’écoulement A = aire totale du tube au dessus du sol v = vitesse de descente de l’eau du point (1) au point (2) = k . i vitesse d’approche : ou la vitesse superficielle vapp = k . i Vitesse d’infiltration : vitesse moyenne d’écoulement vo à travers le sol vo = vapp / n = k . i / n