Drainage des pentes. Exemples de solutions. Par R.M. Faure et J.C. Gress

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1 Drainage des pentes Exemples de solutions Par R.M. Faure et J.C. Gress

2 TECHNIQUES DE DRAINAGE Rappel démarche géotechnicien : 1. Gestion de la non infiltration du ruissellement superficiel 2. Drainage en profondeur 2.1. caractérisation des aquifères et de leurs piézométries 2.2. techniques de drainage 2

3 DISPOSITIFS DE DRAINAGE 1. Eperons drainants Masques drainants Bêche drainante Contreforts drainants Interfaces drainants 2. Drains agricoles Tranchées drainantes Géodrains Parois drainantes 3. Drains subhorizontaux ascendants Drains subhorizontaux descendants 3

4 4. Drains verticaux ou inclinés gravitaires : - drains de décharge, - drains plats géotextiles, - puits perdus, - drains siphons. 5. Drains verticaux ou inclinés pompés : - aiguilles filtrantes, - pompes immergées, - pompes électropneumatiques. 4

5 Eperons drainants Eperon = soit évite une surface de suintement soit intercepte une résurgence d eau en talus Attention : matériau concassé propre % 80µ < 5 % VBS < 0.1 D10 1mm Cas de circulations erratiques Fosse de crête à fil d eau bétonné Limons Sables 1m 1.50m Eperons drainants Argiles à silex Craie Apparition d une résurgence Drain longitudinal de plateforme 5

6 Eperon drainant APPLICATIONS : SOIT - Arrivée d'eau localisée SOIT - Eliminer un risque de surface de suintement. zone de suintement. taches d'herbes vertes en été. blocs de glace en hiver Effet d'appel Cas de surface de suintement Espacement? : Difficulté Effet équivalent à file de puits -6 INADAPTE SI K < 10 m/s Nouvelle surface de suintement hors gel 6

7 Eperon drainant MATERIAU : Doit : Perméabilité. Assurer la fonction filtre Pas de Pas de géotextile. Présenter une faible teneur en % < 1mm D10 > 1mm -2 K = 10 m/s. Présenter une bonne stabilité concassé Risque si K 0/80 faible eperon stable à 1/2 Ø 0/80 7

8 Masques drainants si pas d interaction entre éperons Exemple BUTTE D ARGILLY - A36 SABLES LIMONEUX A K < 10-6 M/S PAS D INTERACTION ENTRE EPERONS Surface de suintement repoussée Limons Sables MASQUE Marnes propre, ES > 35 VBS < 0.1 passant à 80µ < 5 % D10 1mm, concassé 8

9 Masque drainant - Arrivées d'eau diffuses - Sols à perméabilité K < 10 m/s -6 - Souhait de profiter d'un effet poids - Sols trop instables pour réaliser les tranchées des éperons Pas de géotextile 0/150 concassé propre D10 < 1mm Profil initial A6 - PK 158 Graves de l'yonne Couche de forme Graves Profil final : 1/2 Ø Argiles noires Masque 9

10 Tranchées drainantes CAS TYPES D'APPLICATION :. Aquifère sur substrat perméable Idéal : traverser tout l'aquifère. Tranchée complète. Tranchée partielle Pénétration complête Pénétration partielle Aquifère. Limité en profondeur par les conditions de blindage. Prix augmentant fortement avec la profondeur 10

11 Tranchées drainantes APPLICATION PRIVILEGIEE : RECOUPE ENTIEREMENT UN AQUIFERE A NAPPE LIBRE ATTENTION AU NIVEAU DE PERMEABILITE DU MATERIAU DRAINANT Rabattement théorique espéré Profil effectif de la nappe rabattue Graves limoneuses Marnes Lit de pose 11

12 Tranchées drainantes FONCTIONNEMENT D'UN DRAIN A CUNETTE Drain à cunette? QA? QA débit d'alimentation QI débit d'équilibre Débit drainage : QA - QI Blocage béton latéral recommandé Lit de pose QI ATTENTION TOUT PARTICULIEREMENT SI LA TRANCHEE TRAVERSE UN SECTEUR DENOYE Profil piézo de la nappe VUE DE FACE 12

13 Tranchées drainantes TRANCHEES DRAINANTES Irrégularités du contact Base de l'aquifère / Toit des marnes Graves sablo-limoneuses Sommet talus Profil théorique toit des marnes Sommet talus Pied talus Marnes Base tranchée Toit des marnes Profil réel Pied talus Attention aux aquifères à K < 10 succion capillaire Sables Butte Argilly -6 m/s : fonctionnement en Suintements 13

14 4.2.1 Attention à la non pénétration dans la tranchée du ruissellement superficiel Trajet de ruissellement superficiel Fossé Tranchée drainante Vue du dessus Bande en herbe Instabilités Ancien TN Parkings Tranchée drainante Argiles à éboulis Instabilités Ancien TN POLIGNY Marno-calcaires Profil 14

15 Tranchées drainantes : coupe type recommandée Imperméabilisation Cunette 0/31,5 bien gradué propre soigneusement compacté Attention hauteur suffisante? - Grave 0/80 Géotextile filtrant 0,95 > 125µm - propre % 80µ < 5% - VBS 0,1 Drain - D10 > 1mm Blocage béton 15

16 Tranchées équipées en géodrains Amont A fermer Matériaux extraits Aval Problème si débit ponctuel élévé Problème fil d'eau Géodrain - Attention à ne pas faire pénétrer des eaux de ruissellement - Colmatage du géotextile - Capacité à absorber des débits ponctuels élevés - Problème de fil d'eau - Limitées en profondeur ou sujetions : - continuité verticale - résistance écrasement - Variantes : - caisson drainants - Balles drainantes 16

17 Tranchées drainantes UTILISATION EN ASSOCIATION AVEC DRAINS DE DECHARGE Aquifère profond artèsien Ancien TN Drain de décharge Limons Tranchée à réaliser Lanterne Sables Marnes 17

18 Puits de décharges A36 Tranchée Glanon Limons Tranchées drainantes étagées Sables Marnes 18

19 Drains de décharge Normandie : HERMIVAL-les-VAUX 8m ARGILES A VEINES SABLEUSES SURFACE D'INSTABILITE VEINES de SABLES MARNES SABLEUSES EAU à 2.50m : F ~ 1 à 4.00m : F ~ 1.2 à 7.50m : F ~

20 Fossés drainants DOMAINES D'APPLICATION Talus à créer Substitution aux tranchées drainantes Aquifère sur imperméable PRINCIPE Fossés en souille intégrés aux talus par masques Souille provisoire A40 - Tranchée Ceyzeriat Graves Fossés intégrés aux talus Masque Argiles 20

21 Paroi drainante APPLICATION. Aquifère très épais supérieur sur couche imperméable PRINCIPE. Tranchée type paroi moulée au revert remplie de matériau drainant Aquifère Q par pompage Nappe initiale. Pompage EXUTOIRE :. Drain subhorizontal. Tranchée dans la pente : intercalation panneaux béton avec T renversé Substrat Imperméable Très rare : forage subhorizontal 21

22 Paroi drainante Exemple : Viaduc du Charmaix - Modane Eboulis 20m Schistes Instabilité 10 cm/an Accès forage : difficultés Coupure = déstabilisation amont Boue biodégradable = déstabilisation aval par la charge hydraulique Régularité fil d'eau Terrassement si blocs ou rocher 22

23 Drains subhorizontaux ascendants Souvent Traitement éventail Ligne de drains Recoupe surface de glissement RD 905 Marnes Niveau calcaire 1. Accès 2. Recoupe la surface de glissement 3. Atteindre les aquifères à assainir 4. Risques de réinjections 5. Gel 6. Mousses ATTENTION : Veiller à en faire suffisamment : On ne doit plus craindre de mouvements. 23

24 Drains subhorizontaux (suite) Eboulis de schistes VIADUC du CHARMAIX 50 drains : 2 coulent de 50m Nappe rabattue Nappe initiale Schistes Drain à cunette Forage Ecoulements parasites 24

25 Drains subhorizontaux ascendants Conception moderne Nappe rabattue Nappe initiale - lanterne sur le tiers d extrémité - Manchon d étanchéité - puis partie à fonction de collecteur d accumulateur Regard de visite Lanterne Manchon Collecteur Exutoire 25

26 Drains subhorizontaux ascendants Graves Nappe initiale DOMAINES D APPLICATION : - aquifère sur niveau imperméable : efficacité partielle, Marnes Efficacité partielle Surface de glissement Argiles - couche imperméable sur aquifère. Graves moraines 26

27 Drains subhorizontaux descendants artésiens Q(H 10 - H 2 ) Q(H 1 f - H 2 ) Q = CkD H C : coefficient de lanterne H10 H1f H2 Lanterne Manchon d'étanchéité Collecteur d'évacuation 27

28 Drains subhorizontaux descendants DEUXIEME MASSIF TERRE ARMEE PREMIER MASSIF TERRE ARMEE 10m MARTINIQUE, exemple : mur terre armée Rocade Fort de France Regard de visite Penser à purger l air Favoriser Kv par drains verticaux TUFFITE Organe de purge Lanterne Regard sur collecteur EP 28

29 Siphonnage GLISSEMENT DE TERRAIN. une pente. de l'eau. un piezomètre IDEE DU DRAIN SIPHON RD Tuyau de siphonnage PLAN DE REFERENCE 29

30 1988 DECOUVERTE DE LA NOTION DE «DEBIT CRITIQUE» PROBLEME MAJEUR : DEGAZAGE FORCE D ECOULEMENT POUSSEE D ARCHIMEDE PETITES BULLES DE DEGAZAGES RESERVOIR PERMANENT D EAU Q<Qc Débit critique Quand l eau monte dans le siphon, elle dégaze : de petites bulles se forment qui se marient entre elles par coalescence pour donner des bulles plus grosses dans la partie descendante. 30

31 regard Ø 800 1m20 mini prof tuyau PVC hors gel de regard de tête à regard de tête SCHEMA TECHNIQUE DRAIN SIPHON maximum 50m environ niveau de la nappe avant amorçage forage Ø165 mm niveau de l'eau rabattu dans le drain tuyau de siphonage filtre en gravette reservoir permanent d'eau tuyau de siphonage de longueur totale L Pente < 100% plan de référence tuyau PVC chasse automatique regard éxutoire 1000 x 1000 mini tuyau PVC éxutoire 31

32 CAS TYPE D'IMPLANTATION Cas 1 Circulations erratiques : inadapté C'est le cas le plus difficile. Seule l'utilisation du potentiel électrique permet d'implanter au mieux les puits, mais cela reste difficile, Cas 2 Aquifère sur substratum instable Nappe TN Dispo complémentaire GRAVES Après MARNES La solution reste partielle au niveau de l'efficacité du rabattement de la nappe et doit être éventuellement associée à des dispositions complémentaires 32

33 CAS TYPE D'IMPLANTATION (suite) Cas 3 Couche instable sur substratum aquifère Avant TN ARGILES Après SCHISTES AQUIFERES C'est le cas qui fonctionne le mieux. Les Drains Siphons suffisent en général à eux seuls à stabiliser le site. 33

34 VUES GENERALES DE SITES TRAITES PAR DRAINS SIPHONS COURS et BUIS (Isère) Conseil Général Vue du réseau de tête et des deux regards exutoires RD85 - LES GERROTS (Normandie) 34

35 35

36 Forage MISE Mise ENen PLACE place sur SUR regard REGARD 36

37 Collecteur Ombilics de siphonnage Vue de dessus, du regard dit «carrefour», avant la traversée de route. Vers regard exutoire Drain vertical Gravette filtre Ombilics de siphonnage Vue de dessus, de l intérieur d un regard courant. 37

38 Regard exutoire vue des chasses 38

39 RD510 HERMIVAL NORMANDIE FRANCE Travaux de surface de la gestion de la non 39 infiltration du ruissellement superficiel

40 1. l amorçage des drains siphons se fait par injection d eau claire depuis l extrémité aval des ombilics 2. Comme tous système de drainage, il est recommandé un entretien annuel de drains siphons par rinçage à l eau. 40

41 DRAINS SIPHONS : DONNEES PRATIQUES Tubage OD : 128 / 152,4 FORAGES + Trilame 115 2m à 5m ESPACEMENT TUYAUX DE SIPHONNAGE Longueur maxi : 150m Diamètre intérieur : mm DEBITS EN GENERAL EXTRAITS Par drain : 0 jusqu'à 300 l/h Exceptionnellement a atteint 2,5m3/h BESOINS EN DONNEES POUR UN PROJET : - Plan topographique recalé en altitude - Position des aquifères - Evolution de la piézométrie - Perméabilité : essais de débit par siphonnage - Lever du potentiel électrique 41

42 DIFFICULTES * - MAUVAISES ETUDES - Plusieurs aquifères - Piézométrie mal caractérisée - Perméabilité mal caractérisée - PH - Eaux très chargées en oxydes * - CONCEPTION D'UN PROJET : REALISATION PARTIELLE NON PRISE EN COMPTE DES EFFETS DE BORD * - GEL * - DRAINS COLMATES : FILTRE EN GEOTEXTILE NON TISSE AIGUILLETE. * - DRAIN-SIPHON AFFIRME LA NECESSITE D'ENTRETENIR TOUT SYSTEME DE DRAINAGE 42

43 Puits perdus Exemple : BONNEBOSCQ (1) 10m Tranchée ARGILES SABLEUSES A VEINES SABLEUSES Lanterne CALCAIRES d'absorption (2) Lanterne de réinjection Les calcaires doivent pouvoir absorber le débit 43

44 Puits d injection FALAISES DE WIMEREUX Sources. Adéquation des débits. Bouchons batardeaux réguliers 35m Infiltration Plus hautes eaux de vives eaux Graves Platier rocheux Sables Absorption 44

45 Autoroute A7 : Col du Grand Boeuf Drains tous les 5m Remblai autoroute Sables + ou limoneux et niveaux de graves Ancien TN 20m Marnes Canalisations 1000 foncées 45

46 Puits perdus. Infiltrer la nappe supérieure dans la nappe profonde. Problème de pollution Encroûtement Partie filtrante Lanterne d'infiltration. Adéquation entre débit capté et débit capable de la lanterne Remblai SNCFde la BERTICHERE Nappe supérieure Remblai Sables supérieurs Argiles Sables inférieurs Nappe inférieure Craie 46

47 Pointes filtrantes APPLICATION Rabattre la nappe d'un aquifère peu perméable Souvent traitement provisoire avant relais par autre système en stabilité de talus PRINCIPES Ensemble de drains verticaux dans lesquels on pompe par des pointes filtrantes en les reliant à une pompe à vide Cas des sables peu perméables (Oise) 1 à 1m50 Pompe à vide 6m maxi Pointe Canne de pompage Reprise par éperons ou masques 47

48 Efficacité limitée à 6m sous le plan de pose de la pompe à vide. Attention eaux sales (Soignolles, décharge) Attention mise en œuvre : - lançage problème si lenticulaire, - forage préalable. Attention si débit trop faible idem si trop fort. Espacement : 1 à 1.50m à contrôler par piézomètre. 48

49 Aiguilles filtrantes Pompe à vide : efficacité 6m Ligne de drains 2m 6m/TN rabattement des aiguilles 6m/TN rabattement souhaité Massif butée Radier préfabrication Affaissement : 40cm 49

50 Puits de pompage avec pompes immergées Energie Coût Entretien File de puits Limons sableux Thizy 25m Tufs volcaniques Instabilité Pompe imergée 50

51 APPLICATIONS 1. Aquièfe supérieur épais imperméable Mis en relais avec autre dispositif car efficacité partielle. Puits de pompage 2. Aquifère inférieur profond, soit : - en provisoire, - en définitif. DIFFICULTES : efficacité entre puits k = -107 m/s Vallée d accès, tunnel Ste MARIE R = 1. 5 x Δ H x H = 20m R = 7.12m k 10 m / s _6? Le rayon d action : 5m R = 7,12 traduction partielle de l efficacité 51

52 Pompes électropneumatiques Clarinette Bombonne Electrovanne Compresseur 2000 l/mn 7bar Exutoire Commande électrovanne PRINCIPE Pompe immergée adaptée à petit forage PVC Ø100mm grande profondeur mais < 50m petit débit < 1.5 m³/h Contact 3 Ø 80 mm Clapet anti retour Contact 2 Contact 1 Clapet d'entrée d'eau 52

53 Pompe électropneumatique, application : LES DEUX ALPES Immeuble Eboulis de schistes Surface de glissement Sous-sol 20m Nappe initiale drains dans sous-sol Objectif rabattement 53

54 Pompe électropneumatique : Application MACON «La Grisière» Décharge : Lixiviat Pollution Stabilité de talus Drains (14 à 20m tous les 4m) Décharge 14m Ancien TN Argile à cailloux et blocs Calcaires 54

55 PUMP TOP Vue générale d une installation Tableau de commande Water exit tubing Arrivée air comprimée Forage Tuyau d évacuation de l eau Raccord pour tuyau d air 2.00m Câble électrique Câble électrique Evacuation de l eau de drainage Regard de protection Chambre de pompage 55

56 COMPORTEMENT COURT TERME ET LONG TERME D UN DRAINAGE - CAPACITE RESERVOIR VIDEE A COURT TERME 24H/24 - ALIMENTATION PERMANENTE GEREE A LONG TERME Robinet Baignoire NECESSITE D ENTRETIEN D UN SYSTEME DE DRAINAGE : UN IMPERATIF OXYDES DE FER, CALCITE, MOUSSES 56