Formation «Planification, construction, exploitation et fermeture des décharges contrôlées au Maroc»

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1 Formation «Planification, construction, exploitation et fermeture des décharges contrôlées au Maroc» un projet du Programme de Gestion et de Protection de l Environnement en Maroc (PGPE) en coopération avec Mai 24/ MiS Page 1 Formation Décharges contrôlées Module 1 2 ème JOUR Module 1 : Bases de planification Code de Bonnes Pratiques (CBP) 1 Présentation 7 : Importance de la barrière géologique 09:00 09:30 Présentation 8 : Investigations géotechniques du site retenu 09:30 10:15 : Essais de laboratoire 10:45 11:45 Présentation 10 : Surveillance de la nappe (piézomètres) 11:45 12:00 Présentation 11 : Essais de perméabilité in-situ 13:30 14:00 Présentation 12 : Exercice Isopièzes - Méthode des triangles 14:00 14:30 Présentation 13 : Renforcement de la barrière géologique 14:30 15:00 Présentation 14 : Exercices Investigations géotechniques 15:00 16:00 Discussion : Questions / Réponses 16:00 16:30 Page 2

2 : Essais de laboratoire 2. Applications Page 3 Les essais courants pour évaluer la qualité d une barrière géologique : Analyse granulométrique Teneur en eau Perte au feu Détermination des limites d Atterberg Détermination du coefficient de perméabilité Essai Proctor Essai de cisaillement Page 4

3 Analyse granulométrique (NF ISO /TS ) Tamisage par voie humide Répartition dimensionnelle des grains au moyen d une colonne de tamis normalisés Pour des échantillons dont la taille des grains > 63 µm Page 5 Analyse granulométrique (NF ISO /TS ) Sédimentation des particules fines (< 63 µm) Calcul de la taille des grains qui sédimentent par la loi de Stockes Calcul du pourcentage massique de particules déjà sédimentées à partir de la variation de densité de la solution Page 6

4 Analyse granulométrique (NF ISO /TS ) Argile Limons Sables Graviers Cailloux Passant en [%] Sédimentométrie Tamisage 3% d argile Page 7 Analyse granulométrique (NF ISO /TS ) Argile Limons Sables Graviers Cailloux Passant en [%] Sédimentométrie Tamisage 24% d argile Page 8

5 Teneur en eau (NF ISO /TS ) Elle varie en fonction de : la nature du sol la profondeur de prélèvement du temps ω = Masse d eau de l échantillon Masse de l échantillon sec Page 9 Perte au feu (teneur en matière organique) Perte de poids d un échantillon après calcination Page 10

6 Détermination des limites d Atterberg Le comportement d un sol varie en fonction de sa teneur en eau. Il existe 2 bornes séparant 3 domaines de consistance : Etat solide ω p Limite de plasticité Etat plastique ω l Etat liquide Limite de liquidité Teneur en eau Page 11 Détermination des limites d Atterberg La limite de liquidité - Appareil de Casagrande Répartition de la pâte de façon symétrique Partage de la pâte en deux avec un couteau Soumission de la coupelle à des chocs Noter le nombre de chocs pour lequel les lèvres se referment (l = 1 cm) Laω l correspond à la teneur en eau pour laquelle on atteint 25 coups. Page 12

7 Détermination des limites d Atterberg La limite de plasticité Former une boulette (~ 12 mm de diamètre) Rouler l échantillon pour former un rouleau Amincir progressivement le rouleau jusqu à atteindre un diamètre de 3 mm La ω p correspond à la teneur en eau pour laquelle le rouleau se fissure en son milieu quand on le soulève. Page 13 Détermination des limites d Atterberg Indice de plasticité : I p =ω l -ω p Ce qui correspond à l étendue de la plage de teneur en eau dans laquelle le sol se trouve à l'état plastique. Il donne une indication sur l argilosité du matériau (GTR) : Sol faiblement argileux I p non mesurable < 12 non plastique Sol moyennement argileux 12 < I p < 25 moyennement plastique Sol argileux 25 < I p < 40 plastique Sol très argileux 40 < I p très plastique Etat solide ω p Etat plastique Ip Etat liquide ω l Teneur en eau Page 14

8 Coefficient de perméabilité k en m/s Essai au perméamètre : Préparation de l échantillon de sol dans la cellule d essai Page 15 Coefficient de perméabilité Essai au perméamètre : Réalisation de l essai Loi de Darcy Q = k. A. h l i : gradient hydraulique Avec : Q : Débit volumique (m³/s) k : coefficient de perméabilité (m/s) A : Surface de la section traversée h : Différence de hauteur d eau en Amont et en aval de l échantillon l : Longueur de l échantillon Page 16

9 Coefficient de perméabilité k en m/s Essai au perméamètre (charge constante / variable) : Trop-plein Tube Filtre Filtre Couche de protection Couche de protection Couvercle Echantillon de sol Trop-plein Page 17 Coefficient de perméabilité k en m/s Relation R elationship entre betw la teneur een en clay argile content et la and perméabilité permeability k 1,00E-08 Perméabilité Permeability k (m/s) [m/s] 1,00E-09 1,00E-10 1,00E Teneur Clay en conte argile nt [%(% en by poids] weight) Relation entre teneur en argile et perméabilité pour 48 sols fins différents, ICP 2005 Page 18

10 Coefficient de perméabilité Ordres de grandeur (DIN ) : k (m/s) Sol < 10-8 Très faiblement perméable 10-8 bis 10-6 Faiblement perméable 10-6 bis 10-4 Perméable 10-4 bis 10-2 Fortement perméable > 10-2 Très fortement perméable Page 19 Essai Proctor Essai de compactage pour étudier l influence de la teneur en eau (%) du matériau sur sa compactibilité (masse volumique sèche en g/cm³) Principe : On porte un matériau à plusieurs teneurs en eau (par ex: 5 échantillons) On soumet chaque échantillon à l essai de compactage On mesure la masse volumique sèche pour chaque échantillon Résultat : Densité sèche [g/cm³] Courbe Proctor ρ OPN W OPN Teneur en eau [%] Détermination de : ρ OPN et W OPN Page 20

11 Essai Proctor Moule cylindrique Remplissage couche par couche Marteau de dimension et de masse normalisées On le laisse tomber d une hauteur normalisée : Page 21 Densité sèche [g/cm³] Essai Proctor (k ~ m/s) Teneur en eau [%] Courbe Proctor : Argile adaptée pour une étanchéité en argile : 18% < W OPN < 25% Page 22

12 Essai Proctor Relationship entre between la teneur clay en content argile et and la densité Proctor OPN density 2,0000 Densité Proctor density OPN [g/cm³] 3 1,9000 1,8000 1,7000 1,6000 1,5000 1, Teneur Clay content argile [%(% en by poids] weight) Relation entre teneur en argile et densité proctor pour 54 sols fins différents, ICP 2005 Page 23 Essai Proctor Relationship entre between la teneur clay en argile content et la and teneur optimal en eau water W OPN content Optimal W OPN [% water en poids] content (% by weight) 30,00 25,00 20,00 15,00 10, Teneur Clay content argile [%(% en by poids] weight) Relation entre teneur en argile et la teneur en eau de l optimum proctor pour 54 sols fins différents, ICP 2005 Page 24

13 Essai de cisaillement Détermination des caractéristiques mécaniques d un sol : Cohésion c en kpa Angle de frottement interneϕen Boîte de Casagrande Préparation de l échantillon Mise en place de l échantillon Page 25 Essai de cisaillement Détermination des caractéristiques mécaniques d un sol : Cohésion c en kpa Angle de frottement interneϕen Machine de cisaillement Application de la σ horizontale Mesure du déplacement Page 26

14 Essai de cisaillement Principe : Essai réalisé 3 fois (pour 3 charges normalesσ) A chaque fois, on mesure deτ = f (ε) Déduction de la contrainte de cisaillement max Contrainte de cisaillement [kpa] Tmax On obtient : Contrainte de cisaillement [kpa] C Droite de Mohr-Coulomb T = C + σ.tanφ Tmax 3 Tmax 2 Tmax 1 φ ε [%] σ [kpa] Page 27 Essai de cisaillement Quelques ordres de grandeur : Sols pulvérulents Type de sol Angle de frottement Cohésion C (kn/m²) φ ( ) Graviers Sable Sols cohérents Limons Argile peu plastique Argile moyennement plastique Argile très plastique Source : Schneider, Bautabelle für Ingenieure, 22 Page 28

15 Essai de cisaillement Les caractéristiques de cisaillement C et φ varient en fonction : Du type de sol De la compacité et de la plasticité du sol De la teneur en eau Du degré de saturation De la vitesse de mise en charge Des conditions de drainage de l échantillon Page 29

16 : Essais de laboratoire 2. Applications Page 1 2. Applications Teneur en eau Echantillon de sol 1 : Masse totale = 110 g Masse d eau = 60 g Quelle est la teneur en eau de cet échantillon? On calcule : Masse de l échantillon sec = = 50 g On en déduit : Teneur en eau = 60 g / 50 g = 120 % Page 2

17 2. Applications Indice de plasticité Echantillon de sol 2 : ω l = 48% ω p = 20% Quel est l indice de plasticité de cet échantillon? On calcule : Ip =ω l -ω p = 28% Il s agit donc d un sol argileux et plastique. Page 3 2. Applications Coefficient de perméabilité Loi de Darcy Q = k A h l Avec : Q : Débit volumique (m³/s) k : coefficient de perméabilité (m/s) A : Surface de la section traversée (m²) h : Différence de hauteur d eau entre t 0 et t (m) l : Longueur de l échantillon (m) k = Q x l A h Calculer le coefficient de perméabilité de cet échantillon de sol avec les données suivantes : H1(t 0 ) = 2,7 m t = s H2(t) = 1,487 m Section tuyau = m² l = 0,05 m h = 2,7 1,487 = 0,53 m A = 7, m² Q = h x section tuyau / t = 0,53 x / = m³/s k = ( ) / (7, ) x 0,05 / 0,53 = 1, m/s Page 4

18 2. Applications Paramètres de cisaillement Contrainte de cisaillement [kn/m²] Y = 7,7 + 0,62.x φ C Contrainte normale [kn/m²] Déterminer la cohésion et l angle de frottement de cet échantillon de sol C = 7,7 kn/m² φ = arctan(0,62) = 31,8 Page 5 Merci pour votre attention Gerd BURKHARDT Directeur général burkhardt@icp-ing.de Pélagie BALL Gestion de projets ball@icp-ing.de Auf der Breit Karlsruhe Allemagne Page 6