Barrières anticoulées souples: La solution économique contre les dangers naturels.

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1 Barrières anticoulées souples: La solution économique contre les dangers naturels. Barrières anticoulées souples contre les glissements de terrain superficiels dans les pentes instables: - construction légère épargnant des coûts - installation simple - aussi efficaces en cas d événements répétitifs - fonctionnement confirmé par des essais sur le terrain à grande échelle - dimensionnables avec le logiciel de simulation FARO 1

2 Coulées de boue: Leurs causes et comment juguler leurs effets. Dans les pentes raides instables, des glissements de terrain superficiels nommés coulées de boue peuvent se déclencher spontanément dans des couches saturées en eau et s écouler à une vitesse relativement élevée jusqu à 10 m/s, soit 35 km/h. Lorsqu une coulée de boue atteint un chenal, il arrive qu elle se transforme en lave torrentielle. Les coulées de boue ont un effet dévastateur, dépendant de leur vitesse d écoulement et de la quantité de matériaux qu elles transportent. Elles peuvent couper des voies de communication et causer d importants dégâts aux bâtiments. Le risque climatique L augmentation des fortes précipitations en région alpine et la combinaison d un accroissement des précipitations hivernales et d une montée de la limite des chutes de neige qui nous sont annoncées vont accroître la quantité d eau à disposition pour déclencher des coulées de boue. Les météorologues estiment que la probabilité d occurrence de précipitations extrêmement violentes augmentera aussi à l échelle mondiale (changement climatique global). Il y a lieu de sécuriser les routes et les voies ferrées face aux coulées de boue en prenant des mesures appropriées. Les bâtiments exposés à ces glissements superficiels doivent aussi être protégés.

3 Protection contre les coulées de boue: Comparaison entre diverses mesures. 1. Mesures de protection usuelles La construction d ouvrages de déviation tels que digues ou murs renforcés à l amont demande un gros travail. Il n est pas toujours possible de réaliser de tels ouvrages dans une pente raide dominant une route ou une voie ferrée.. Barrières anticoulées souples La preuve a été faite que les barrières souples retiennent des mélanges d eau et de matériaux solides comme les coulées de boue même si le phénomène se répète. Leur installation nécessite peu de matériel et de travail, ce qui permet d économiser beaucoup de temps et d argent. Schweizer Luftwaffe Mesure de protection usuelle Pente naturelle Cercle de glissement Matériel enlevé Mur de protection 1 Amt für Wald und Naturgefahren Graubünden Barrière anticoulée souple Pente naturelle Cercle de glissement (peu de matériel à enlever) Barrière 3

4 Barrières anticoulées souples. 1. Barrière anticoulée SL 130/150 pour une pression jusqu à 150 kn/m Un filet à câble spiral SPIDER, complété par un treillis secondaire de maille 50 mm, est installé en travers de la zone menacée avec un espacement entre supports allant jusqu à 8 m. Des anneaux de freinage équipent les câbles de retenue ainsi que les câbles porteurs supérieurs et inférieurs aux extrémités de l ouvrage. Ce type de barrière convient pour une portée de 30 m au maximum sans segmentation des câbles porteurs et pour une hauteur maximale de 4 m. Il résiste à une pression jusqu à 150 kn/m Barrière anticoulée SL 100 pour une pression jusqu à 100 kn/m Un autre type d ouvrage peut être mis en œuvre si la pression attendue est inférieure (jusqu à 100 kn/m ): un treillis TECCO G65/4 avec un espacement entre supports allant jusqu à 5 m et une hauteur maximale de m. Ce type de barrière n est pas équipé d un treillis secondaire.

5 Des composants bien conçus qui fonctionnent en harmonie. Le filet à câble spiral SPIDER Le filet à câble spiral SPIDER constitué de câble spiral en fil d acier à haute résistance de diamètre 4 mm a une résistance à la traction supérieure à N/mm. Ses mailles ont une forme de losange et sa capacité portante vaut 0 kn/m en direction longitudinale. L anneau de freinage Les câbles porteurs et les câbles de retenue sont équipés d anneaux de freinage. Activés lors d événements importants, ils reprennent l énergie subie par le filet à câble spiral SPIDER sans que les câbles ne soient endommagés. La charge de rupture des câbles n est pas amoindrie lorsque les freins sont sollicités, si bien que la courbe forcedéplacement spécifique peut être pleinement exploitée. Le support Les barrières anticoulées sont équipées de supports de type RXI articulés sur une plaque de base. Ils ont pour fonction de guider les câbles auxquels est accroché le filet à câble spiral SPIDER. Le passage des câbles porteurs en tête de support est arrondi afin de ménager ces câbles. L ancrage à câble spiral Ce qui peut plier ne rompt pas: la tête de nos ancrages est souple, donc insensible aux chocs. Le câble spiral se compose de fil d acier de résistance N/mm. Nos ancrages à câble spiral sont supérieurs aux ancrages à tiges traditionnels, notamment parce qu ils sont capables de transmettre les forces sans perdre de leur résistance lorsque la direction de traction diverge de l axe du forage d un angle jusqu à 30. L ancrage autoforant avec la tête FLEX Geobrugg La tête FLEX reprend les efforts de traction et de flexion selon le même principe que la tête de l ancrage à câble spiral Geobrugg. Insensible aux chocs, elle peut être montée sur les ancrages autoforants disponibles dans le commerce. Une fondation en béton est nécessaire pour assurer la liaison entre l ancrage à barre et la tête FLEX. Jupe de raccordement en treillis Une jupe anti-érosion est posée entre le câble porteur inférieur et le sol, sur toute la longueur de l ouvrage, pour prévenir l érosion et le passage de matériaux sous le filet. 5

6 Applicables dans toutes sortes de situations. Rest and be thankful, Ecosse Exposé du problème Le 8 septembre 009, une coulée de boue a enseveli l importante route de transit A83 à hauteur du point de vue nommé «Rest and be thankful», au nord-ouest de l Ecosse, pour la deuxième fois consécutive après de fortes pluies. Cette région est sujette aux coulées de boue, qui ne peuvent pas être évitées. Il y a lieu de réaliser un ouvrage protégeant les usagers de la route et permettant de la maintenir ouverte lors des prochains événements. La solution de Geobrugg Une barrière anti-coulée de boue haute de 4 m, équipée d un filet à câble spiral SPIDER et d un treillis secondaire de maille 50 mm, a été installée sur une longueur de 80 m dans la pente non chenalisée. En combinaison avec cet ouvrage, une barrière anti-lave torrentielle VX longue de 15 m et haute de 4 m, équipée d un filet anneaux ROCCO, a été montée dans une ravine voisine pour éviter qu un passage sous la route ne puisse être bouché. 6 1

7 Giampilieri, Sicile, Italie Exposé du problème Le 1 er octobre 009, des coulées de boue se sont répétées à Giampilieri, près de Messine, après de fortes pluies (3 cm en sept heures) et elles ont provoqué une lave torrentielle. Il a fallu fermer la route nationale SP 33 à cause des grandes quantités de matériaux épandus. La solution de Geobrugg Des barrières anti-laves torrentielles ont été installées dans le tronçon le plus raide de la pente pour protéger la route nationale. Deux barrières anti-coulées de boue souples, équipées d un filet à câble spiral SPIDER S4/130 et d un treillis secondaire, longues de 5 m et 60 m et hautes de 3.5 m, ont été installées dans le secteur où la pente s infléchit pour atteindre environ 60 degrés. Une nouvelle coulée de boue s est produite en janvier 010 suite à de fortes pluies. La plus courte barrière a stoppé environ 90 m 3 de matériaux, prévenant ainsi une nouvelle coupure de la route nationale. Lake Merwin, Washington, USA Exposé du problème En 008, une coulée de boue s est produite à Amboy, près du lac Merwin, dans l état de Washington, aux Etats- Unis, suite à une tempête de neige mouillée. La route a été ensevelie et des maisons situées en contrebas ont été endommagées. Des masses de terre et de roche instables restées dans la pente raide menaçaient encore la route et les maisons après l événement. Solution de Geobrugg Une barrière anticoulée souple, équipée d un filet à câble spiral SPIDER S4/130 et d un treillis secondaire, longue de 15 m et haute de 3 m, a été installée pour retenir les nouvelles coulées. Elle a été dimensionnée au moyen du logiciel de simulation FARO, calibré avec les données d essais sur le terrain à grande échelle. 3 7

8 Le défi: Comment retenir 10 m 3 de masse en glissement par mètre linéaire de barrière? Un dimensionnement judicieux Nos barrières spéciales sont fortement sollicitées. Les coulées de boue déploient des forces énormes, que nous avons étudiées lors d importants essais sur le terrain ou par simulation. Les données concernant l écoulement des masses de terre et leur impact nous permettent de construire nos barrières souples en fonction des charges qu elles auront à subir. Le volume de rétention joue un rôle crucial: un espacement entre supports choisi judicieusement garantit une grande hauteur utile résiduelle et un volume de rétention suffisant. Simuler ce qui le filet doit retenir Lors de la simulation numérique, nous calculons les forces agissant sur la barrière, en introduisant la pression mesurée sur des plaques dynamométriques dans la direction d écoulement à l occasion d essais. Les expériences tirées des tests sur le terrain nous permettent d estimer cette pression dynamique. A cela s ajoute une autre sollicitation nettement plus faible, la pression hydrostatique, répartie sur toute la hauteur de l écoulement. Les grandeurs déterminantes pour dimensionner l impact dynamique sont la densité initiale ρ de la coulée de boue et sa vitesse v à hauteur du filet prévu. Notre logiciel de dimensionnement FARO nous permet de transposer à différentes configurations la pression déterminée dans la barrière d essai et ainsi de toujours effectuer des simulations réalistes. Photo du haut: lors d essais sur le terrain réalisés à Veltheim, l écart entre la simulation et la mesure n a pas dépassé 10 %, un résultat probant pour l impact dynamique occasionné par la coulée d essai. Des sollicitations statiques et répétées Lors de la première coulée, le filet est rempli régulièrement de boue, de terre et de pierres. Une pression hydrostatique (P hyd ), répartie sur toute la hauteur de remplissage (h fill ), s établit alors derrière la barrière. A mesure que les matériaux sont drainés, cette pression diminue pour atteindre la pression active des terres (P stat ). Si une nouvelle coulée arrive, la pression dynamique qu elle occasionne se superpose à la pression due au remplissage partiel antécédent (série de photos ci-dessous). 8

9 v Déclivité de la pente Caractéristiques géométriques d un filet anticoulée rempli l b = largeur de l impact φ ab = angle de dépôt des matériaux hb ' = hauteur réduite du filet après un impact h fill = hauteur de remplissage du filet l fill = longueur du cône de matériaux retenus h b φ l fill Dessin technique: détermination approximative du volume de rétention maximal V d un filet anticoulée. La simulation révèle comment la nouvelle coulée passe sur les matériaux déjà déposés. La hauteur de la charge subie par la barrière augmente (h fill +h fl ). Calculer l imprévisible Le volume retenu par le filet doit être au moins égal au volume des matériaux attendus, nommé volume à l arrachement. Comme dans le cas des avalanches, le volume à l arrachement est calculé en fonction de la surface et de l épaisseur de la zone d arrachement. Cette épaisseur est tirée d une carte des dangers ou déterminée sur place en étudiant le sol....pour diminuer les dégâts Si le volume du filet de protection est trop faible ou si la longueur de l ouvrage est inférieure à la largeur de la coulée de boue, la protection qu il offre est réduite. Dans ce cas, on calcule la différence entre le volume à l arrachement et le volume de rétention. Puis on évalue à nouveau l ampleur des dégâts en tenant compte de ce volume résiduel et de la vitesse à laquelle la coulée de boue contourne ou submerge le filet et on l optimise en conséquence. Le volume de rétention est crucial Pour déterminer le volume à retenir par un filet anticoulée, on compare la hauteur h b = 3/4*h des matériaux déposés au terme du remplissage de la barrière avec sa hauteur h. Si on admet que la hauteur réduite du filet après un impact h b est mesurée perpendiculairement à la pente et qu on néglige le volume contenu dans le «ventre» déformé du filet anticoulée, son volume de rétention V vaut: 1 V = h ' l b 9 = 3 sin ϕ fill b h l b l = b 1 [m 3 ] 3 hb 4 3 hb 4 sinϕ l b 9

10 Longévité et facilité d entretien: Deux critères décisifs. Longévité Les barrières anticoulées souples, installées dans des pentes raides pouvant être le siège de glissements de terrain superficiels, sont prêtes à retenir de grandes masses de terre, de mottes détrempées et d eau. Comme ni eau ni matériaux charriés ne s écoulent par-dessus ou à travers la barrière durant cette «phase d attente», elles durent en principe aussi longtemps que les ouvrages pare-pierres et paravalanches. grâce à une excellente protection contre la corrosion. Tous les éléments en acier livrés par nos soins sont galvanisés à chaud pour acquérir une grande longévité et une résistance élevée à la corrosivité locale. Les câbles et les filets sont revêtus d une couche aluminium-zinc selon le procédé GEOBRUGG de SUPERCOATING. car cette opération génère la majorité du travail et des frais. L expérience montre que le démontage et le remontage des ouvrages ont une incidence bien moindre. vider et entretenir. Le curage est facilité lorsque la barrière est accessible par l arrière. Mais il commence généralement par l avant, car il faut s attendre à la présence de matériaux fortement compactés contre la barrière lors de l événement. Lorsque les matériaux sont retirés par l avant, il n est pas non plus nécessaire de démonter la barrière (photo ci-dessus). L entretien concerne en particulier les anneaux de freinage: ils doivent être vérifiés et éventuellement remplacés après chaque événement. Nous recommandons de contrôler aussi le fonctionnement des filets et des câbles Après un événement Les barrières qui ont arrêté une coulée de boue doivent être inspectées, vidées et entretenues (photo 1) afin de rétablir et assurer le volume de rétention (photo ). Il faut notamment planifier l enlèvement des matériaux,

11 L essentiel pour le maître d ouvrage, le concepteur et l entrepreneur: Montage aisé - Le matériel est livré préassemblé et il peut être transporté par hélicoptère en cas d accès difficile. - L installation ne requiert aucune machine de chantier lourde. - Une petite foreuse à glissière et des tirants légers suffisent pour les ancrages. - Aucun gros terrassement et aucune piste d accès ne sont requis. Respect de l environnement - L intervention visible dans la nature est minime et les filets sont beaucoup plus discrets vus de loin que les ouvrages massifs. - Le bilan de CO est bien meilleur que pour les ouvrages en béton. Rentabilité - L investissement rapporte une réduction substantielle des dommages en cas d événement. - La livraison et le montage sont meilleur marché que pour les ouvrages en béton. Longévité élevée - La technique anticorrosion GEOBRUGG SUPERCOATING appliquée aux câbles et aux filets ainsi que la galvanisation à chaud des supports, plaques de base et anneaux de freinage garantissent une longévité élevée. Maintenance aisée suite à un événement - Les matériaux des coulées de boue arrêtées peuvent être retirés aisément à la pelleteuse ou ôtés à la main après avoir déposé ou relevé le filet. 11

12 Les différentes exécutions en un coup d œil. Barrière anticoulée avec filet à câble spiral SPIDER Type SL 130 SL 150 Hauteur de l ouvrage jusqu à 4 m jusqu à 4 m Espacement entre les supports 8 m 5 m Résistance 130 kn/m * 150 kn/m * Barrière anticoulée avec treillis TECCO Type SL 100 Hauteur de l ouvrage jusqu à m Espacement entre les supports 5 m Résistance 100 kn/m * Toutes modifications techniques réservées * Pression des coulées de boue mesurée lors de tests suivis par le WSL Geobrugg, votre partenaire de confiance La tâche de nos ingénieurs et de nos partenaires consiste à analyser le problème en détail avec vous-même et avec votre bureau d ingénieurs-conseils, puis à vous proposer des solutions. Mais vous pouvez nous demander plus qu un projet élaboré minutieusement: comme nos ateliers de fabrication sont répartis sur quatre continents, nous sommes en mesure de vous garantir des trajets et des délais de livraison raccourcis, ainsi qu un suivi optimal sur place. Nous livrons les composants de nos systèmes sur le chantier, préassemblés et étiquetés clairement afin de vous assurer un montage sans difficultés. Si vous le souhaitez, nous pouvons également vous assister techniquement de l installation à la réception de l ouvrage. Responsabilité du fait des produits Les chutes de pierres, glissements de terrain, laves torrentielles et avalanches sont des phénomènes naturels, et par conséquent imprévisibles. Il est donc impossible, en appliquant des méthodes scientifiques, de déterminer quand la sécurité est absolue et de garantir une telle sécurité aux personnes et aux biens. Cela implique qu il est impérativement nécessaire d inspecter et d entretenir dûment et régulièrement les systèmes de protection pour assurer la sécurité souhaitée. En outre, les événements dont l énergie dépasse la capacité d absorption du système établie par des calculs d ingénieur, la nonutilisation de pièces originales ou la corrosion (p. ex. due à la pollution de l environnement ou à d autres influences externes) peuvent diminuer le degré de protection offert. Geobrugg AG Geohazard Solutions Aachstrasse 11 CH-8590 Romanshorn Suisse Tél Fax info@geobrugg.com Une société du Groupe BRUGG Certifié ISO FR.1111/500