ESSAIS DE PERMEABILITE SUR CHANTIER in situ essais en laboratoire perméabilité à base dun tubage...
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ESSAIS DE PERMEABILITE SUR CHANTIERin situ
essais en laboratoire
perméabilité à base d’un tubage de forage
2 essais
Perméabilitépar pompage
résultats plus au moins fiables (sols remaniés)
3) résultats plus proches de la réalité (sol intact)
4) plus fiables
2) de nombreuses pièces d’équipement (cher)
1) prennent beaucoup de temps
mais
Essai de perméabilité par pompage
•consiste à forer jusqu’à la couche imperméable de sol
rayon d’influence (R) = La distance de non effet sur la nappe
mesure de k à l’aide de l’équation (Dupuit 1863) :
1102
122
2lg).(
.3,2rr
hhqk
•pompage continu et régulier écoulement permanent
•niveau stationnaire dans les puits de pompage et d’observation
• mesurer le rabattement dans les puits d’observations
1) circuler l’eau à travers le sol en contact avec la base du tubage
k = q / 2,75 . D . HC
Essai à base d’un tubage de forage
k = p’.C / 60
2 méthodes sont utilisées :
2) essai ponctuel
3) on verse le sable lavé
4) on relève le tubage par paliers
5) on mesure q (niveau d’eau dans le tubage constant)
p’ est la pente de ln (H/Hi) = f (temps)
* à niveau variable : k faible
* à niveau constant : k moyen
mouvements de l’eau dans les sols
ECOULEMENT DE L’EAU
capacité = f(gonflement, retrait) état stationnaire : ppté statique
perméabilité la seule propriété dynamique
zpgv
.2
2
Par sa pression
terme énergie charge hydraulique ou charge (h)
charges hydrauliques
Énergie totale (m d’eau)
l’eau en un point donné portequantité d’énergie
par sa position, et par sa vitesse
équation de Bernoulli (énergie totale - MDF)
1. charge de vitesse :
Charges
2. charge de pression :ou piézomètrique
3.charge d’élévation :ou de position
Charge hydraulique totale :
Perte de charge
associée à l’énergie potentielle la distance de la surface de référence arbitraire
énergie produite par la pression qui s’exerce sur l’eau pression engendrée par la quantité d’eau située au-dessus du point
énergie cinétique dans les sols hV 0
écoulement très lent
hv = v2/2g
hp = p/
he = z
h = hv + hp + he
h = hA – hB
= 3 charges partielles (Équation de Bernoulli)
Diagrammedes charges
Charge d'élévation(he)
h
Calcul
h et h
1/ calcul he
2/ calcul hp
3/ calcul h
4/ calcul h
piézomètre
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
écoulement ascendant : contrainte effective diminue
risque ’ = 0 état de boulance
· les particules flottent et ne supportent aucune charge· survient dans les sables et les sables silteux· sables boulants ou mouvants
Poids du sol : ’
Poussée d’Archimède :
Forces d’écoulement
Poids du sol : ’
Poussée d’Archimède :
Forces d’écoulement
)(.. LhhAg c
hAgLAgsat ......
eG
Lhi sc
c
11
'ci
Détermination du gradient hydraulique critique
ic provoque l’état de boulance
Liquéfaction du sol
Fsol + eau
hC = perte de
charge critique
L’état critique :
En égalisant, on obtient :
Et on peut avoir aussi :
où ’ = sat - (déjaugée)
force ascendante
Feau =
Feau
force descendante
P.Réf.
Fsol + eau
LLh satc .).(
]1
..[eSreGs
sat Sachant Sr = 100 %
= ’ /
= G.
Lhc
ci
c
cc
PHh
i
DETERMINATION DE LA PROFONDEUR CRITIQUE
Si on creuse à une profondeur critique Pc
Comme : h = hC + L
Sachant que :
Donc :
Pc = H – (hc / ic)
et L = H - PC
. g. L =
le fond de l’excavation commencera à se souleversous l’effet des forces d’infiltration dues à la perte de charge hc
profondeur critique équilibre des pressions
Psol Peau=
. g. h
Sens écoulement
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
RESEAUX D’ECOULEMENT
1/ Écoulement unidimensionnel
Une méthode graphique
loi de Darcy, pour le calcul du débit :
est le plus simple
3/ Écoulement bidimensionnel
2/ En réalité, l'écoulement est tridimensionnel
Schématiser l’écoulement de lignes (réseau d’écoulement)
Evaluer débit (Q) et charges (h) et les zones critiques (boulance)
(difficultés)
ALhkqt ..
pt
NPhkq ..
CALCUL DU DEBIT D’INFILTRATION (Unidimensionnel)
Q = qt . Nt
Perte de charge pour chaque tube
h’ = h / Np
L = . Np
débit total
Par unité de largeur
qt = débit à travers un tube
Q = k. h. P. Nt / Np
Q = k. h. Nt/Np
A = . P =
Nt = nombre de tubes
NP = nombre de chutes
qt = v .A = k. i. A
1 2 3 4
Débit total :
A= section d’un tube
réseaux d’écoulement bidimensionnel (à main levée)
H
1
3 4 5
2
1
34 5 6
78
9
10
2
5 tubes de courant
Conditions limites
Après dessin à main levée
10 chutes de charge
tube de courant
Chute de charge h' = h/10
Phénomène de Renardlignes de courantlignes équipotentielles
piézomètre
Plan de référence
réseaux d’écoulement bidimensionnel
k = 3.10-5cm/s ; h = 4,8 m; e = 0,82
Gs = 2,0 ; P = 30 m (largeur)
Nt = 5 tubes Np = 10 chutes
h
5
3 2 1
4
1
2
3
45 6
7
8
9
10
Déterminer : hA, hH , Q et Fs
3,3
cm7
cm3,
2cm
1,1cm
AM = 3,3 cm
M
FA = 7 cm = (4,8 / 3,3) x 7
htotale = 4,8 mBE = 3,2 cm = (4,8 / 3,3) x 3,2
chute 10e = 1,1 cm = (4,8/3,3)x1,1
h' = htotale / Np
= 4,8 / 10 = 0,48 m
= 10,18 m= 4,65 m
= 1,6 m
= htotale = 4,8 m
réseaux d’écoulement bidimensionnel
x n
heA = 10,18 m
hN = heN + hpN
Calcul de hA ?
Sachant que : hA =
M
Plan de référence
Calcul de hN ?
Charge totale au point A
hA = 14,98 m
hpAheA +
et hpA = 4,80 mheN =
hpN = hPN –
(4,8 / 3,3) x 2,8 = 4,07m
1
2
34 5 6 7
7 h'
7 cm3,3 cm
2,8 cm
= 4,80 – (7 x 0,48) = 1,44 m
Charge totale en N
hN = 5,51 m
Qtotal = 7,2 x 10-7 m3 /s x 30 m = 2,16 x 10-5 m3 /s par mètre de largeur
93.082.01
170.21
1
e
Gi sc
h’ = 4,8 /10 chutes = 0,48 m
= 1.60 m longueur (maille de sortie)
et
k = 3.10-5cm/s ; h = 4,8 m; e = 0,82
Gs = 2,0 ; P = 30 m (largeur)
de préférence quand Fs 3 il faut enfoncer les palplanches
Fs = ic/i = 0,93 / 0,30 = 3,1
Débit d'infiltration ?
Coefficient de sécurité ?
i = 0,48 / 1,60 = 0,30i = h’/
Q = k . h .Nt / Np Nt = 5 tubes ; Np = 10 chutes
Q = 3.10-7 . 4,8 . 5 / 10 = 7,2 .10-7 m3/s
Fs = ic / i
1 pas de risque
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 moyenne d’écoulement vo à travers le sol
vitesse d’approche : ou la vitesse superficielle
vo = vapp / n = k . i / n
Vitesse d’infiltration :
vapp = k . i