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OR 11R103 DOFEASGéophysique et digues de canal
CABOURG – 08 au 10 novembre 2011
LES PLÉNIÈRES 2011 de l’IfsttarSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES
GÉOTECHNIQUE
Apport des méthodes géophysiques pour la caractérisation de zonesfuyardes d’une digue de canal
DL Lyon : G. BièvreDL Autun : A. Brach, D. Goutaland, M. Massardi, G. Monnot
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GÉOTECHNIQUE
Introduction
• OR DOFEAS
- Besoin de la part des gestionnaires d'ouvrages hydrauliques d'outils de diagnostic, de suivi et d'entretien de leurs ouvrag es
- Besoins accompagnés notamment de la nécessité de connaitre de façon plus précise le comportement des ouvrages vis-à-vis de d ifférents aléas érosifs (affouillement, érosion interne, érosion due au batillage) et sismique
- Objectifs généraux de l'OR :
– mieux cerner les enjeux et les aléas ,
– diagnostiquer les risques , les comprendre et les modéliser ,
– évaluer , lutter et prévenir ces risques.
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GÉOTECHNIQUE
Introduction
• OR DOFEAS- Axe B : Risques érosifs de type érosion interne
ou surverse sur des ouvrages en terre (digueou remblai) mis en charge hydrauliquement
- Meilleure caractérisation des sites, en particulier vis-à-vis de leur sensibilité aux processus d'érosion
→ méthodes de reconnaissance et développement de matériels de mesure
- Objectif particulier : évaluer l'apport de l'utilisation combinée de plusieurs techniques de reconnaissances (destructives et non-destructives) et essais de laboratoires pour le diagnostic et le suivi de digues de canaux
Canal de Briare – Montambert –
Brèche par érosion
interne (2002)
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Présentation du site étudié
• Canal de Roanne à Digoin
• Description du canal– Date de construction : 1ère moitié 19ème siècle
– Voie navigable au gabarit Freycinet
– Fonction d'alimentation en eau du canal latéral à la Loire
• Choix du site– Un des sites pilotes choisi à partir du REX Réparation des digues de
canaux (CETMEF)
– Identification de plusieurs secteurs fuyards lors de la visite du site
– Travaux de réparation programmés en novembre 2010
Canal de Roanne à Digoin Brèche par érosion
interne (2007)
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Présentation du site étudié
Canal de Roanne à Digoin
Linéaire étudié : 6,4 km
Brèche 2007
Zone fuyarde
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Présentation du site étudié
• Zone fuyarde
• Caractéristiques de l'ouvrage– Bief en profil mixte
– Largeur moyenne en crête : 4 m
– Hauteur : 3 m (/ RD43)
– Étanchéité assurée par un cuvelage béton (en mauvais état)
– Parement aval en pierres sèches (recouvert par TV)
– Plusieurs zones fuyardes (fuites dans le talus ou en pied de talus de RD)
Zone fuyarde
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Présentation du site étudié
• Contexte géologique
Extrait carte 1/50000ème
Feuille de Charlieu
(42)
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Moyens mis en œuvre• Reconnaissances mécaniques- 3 sondages tarière ou destructif
- 1 sondage carotté
• Reconnaissances géophysiques et diagraphies- Mesures sismiques : Vp, Vs, ondes de surface
- EM31
- Imagerie de résistivité électrique (approches statique et en time-lapse)
- Diagraphies RAN, gamma, neutron
• Essais in situ et instrumentation- Essais d'eau
- 3 profils Permeafor (LR Blois)
- Phicomètre (LR Rouen) et scissomètre
- 1 piézomètre à tube ouvert, 1 CPI
- Sondes de température (surface / - 0,5 m / 1 m / 2 m / 4 m)
• Essais de laboratoire- essais d'identification (granulométrie, teneurs en eau, …)
- essais d'érosion interne (IFSTTAR, à réaliser)
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Moyens mis en œuvre• Reconnaissances mécaniques- 3 sondages tarière ou destructif
- 1 sondage carotté
• Reconnaissances géophysiques et diagraphies- Mesures sismiques : Vp, Vs, ondes de surface
- EM31
- Imagerie de résistivité électrique (approches stati que et en time-lapse)
- Diagraphies RAN , gamma, neutron
• Essais in situ et instrumentation- Essais d'eau
- 3 profils Permeafor (LR Blois)
- Phicomètre (LR Rouen) et scissomètre
- 1 piézomètre à tube ouvert, 1 CPI
- Sondes de température (surface / - 0,5 m / 1 m / 2 m / 4 m)
• Essais de laboratoire- essais d'identification (granulométrie, teneurs en eau, …)
- essais d'érosion interne (IFSTTAR, à réaliser)
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Moyens mis en œuvre• EM31- profil de 127 m
- mesures en mode HD et VD
• Imagerie de résistivité électrique (ERT)- profil de 128 électrodes espacées de 1 m laissées en place pour monitoring- mesures Wenner-Schlumberger, en roll-along
• Sismique- 24 géophones espacés de 2 m- Tirs à la masse, tous les 2 géophones- Mesures Vp et Vs
Zone 1(35 < x < 45 m)
Zone 2(90 < x < 100 m)
Zones fuyardes
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Résultats
• Reconnaissances mécaniques
• Profil géotechnique
- Matériaux du corps de digue et formations superficiellesindifférenciées (A1 ou A2)
- Substratum calcaire à 5,5m sous la crête de digue
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Moyens mis en œuvre
• Mesures géophysiques
- Mesures effectuées au cours d'une opération de vidange/remplissage du bief, afin de colmater la zone de fuite principale (35 < x < 45 m)
Vidange Opération de réparation Remplissage
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Résultats
• EM31
- Diminution de la résistivité apparente légère et progressive des extrémités (55 ohm/m) au milieu du profil (40-45 ohm.m)
- Deux interprétations possibles :
– augmentation de l'épaisseur de la digue au centre du profil,
– substratum plus altéré au centre du profil.
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Résultats
• Imagerie de résistivité électrique• Approche "statique"
- Niveau supérieur (ρ < 75 ohm.m), associé au corps de digue (épaisseur variable)
- Niveau inférieur (ρ > 300 ohm.m), associé au substratum (altéré et saturé)
- Au sein du niveau inférieur, 2 zones de faibles résistivités sont observées (45 m and 65 m). La seconde zone de fuite n'est pas identifiée sur le profil électrique.
?
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Résultats
• Mesures sismiques• Tomographie de s ismique réfraction (Vp)- Deux niveaux caractérisés :
– Vp < 500 m/s : zone non-saturée du corps de digue– Vp > 1500 m/s : toit de la nappe (prof. D'environ 2m, niveau corrélé avec le
niveau piézométrique)
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Résultats
• Mesures sismiques• Tomographie de s ismique réfraction (Vs)- Deux niveaux principaux mis en évidence :
– Vs < 150 m/s : corps de digue (corrélé à la signature RAN)
– Vs > 1200 m/s : calcaire marneux
– Au droit de la zone de fuite (35 < x < 45 m) : Vs ≈ 1000 m/s à des profondeurs comprises entre 4 et 8 m → zone altérée du substratum
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Résultats
• Mesures sismiques• Analyse des ondes de surface- Analyse de la dispersion des ondes de Rayleigh et de Love effectuée pour 2
tirs et 3 groupes de géophones
- Ex. : analyse de la dispersion des ondes de Love pour un tir en bout
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Résultats
• Mesures sismiques• Analyse des ondes de surface- Inversion de la courbe de dispersion permet d'obtenir un modèle 1D de
répartition des Vs (modèle à 2 couches)
- Variations latérales de Vs cohérentes avec la tomographie de sismique réfraction (notamment mise en évidence de la zone de plus faible vitesse)
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Résultats• Imagerie de résistivité électrique• Approche "time-lapse"
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Conclusions et perspectives
- Conclusions :
→ EM31 et ERT statique ont permis de détecter l'évolution latérale de l'épaisseur de digue
→ La zone de fuite principale a pu être localisée avec succès par analyse en time-lapse des profils électriques et tomographie de sismique réfraction (Vs). La seconde zone de fuite n'a pu être identifiée (contrastes probablement trop faibles).
- Perspectives :
→ mesures de résistivité en laboratoire , afin d'établir une loi reliant résistivité électrique et teneur en eau dans la digue, afin de dresser une carte d'humidité à partir des mesures de résistivité.
→ les échantillons intacts seront utilisés dans le cadre de l’opération de recherche pour tester les essais de caractérisation de la sensibilité à l’éro sion interne des matériaux constitutifs du corps de digue.