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Chapitre I I

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C H A P I T R E I I I

tudes gologiques et gotechniques

Anim par Patrice BRUNEL (CARA)Membres du groupe : Emmanuel ALONSO (Cemagref),

Jean-Pierre BECUE (SAFEGE), Jean-Luc BRODIN (CACG),Bernard COUTURIER (BRL), Danile LAUTRIN (Cemagref)

et Georges MICHEL (SCP).

Concernant les tudes gologiques et gotechniques, seront plus spcialementabords : les diverses techniques possibles ; lidentification et choix du site de barrage ; les tudes gologiques, gotechniques et les travaux de reconnaissance per-mettant ladaptation du projet au site choisi, avec notamment le choix du typede barrage le mieux adapt au site ; le suivi gologique des travaux de construction du barrage.

OBSERVATIONS PRLIMINAIRES

Ce chapitre a pour but dmettre des recommandations issues de lexprience des auteurset des usages habituellement constats. Compte tenu de la spcificit des problmes go-logiques et gotechniques, on ne donnera pas ici de programme-type mais le minimumusuellement admis.

En effet, limportance primordiale de la connaissance du contexte gologique et gotech-nique dans lequel va tre intgr louvrage tudi, allie la trs grande varit desfondations rencontres, qui fait de chacun deux un objet unique, ne permettent pas dedfinir a priori limportance et la nature des reconnaissances ncessaires.


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Seul un professionnel expriment est mme dadapter le droulement des tudes aucontexte gologique quelles mettent petit petit en vidence et aux problmes identifisou supposs, selon un processus itratif qui se traduit classiquement par un programme dereconnaissances constitu de plusieurs phases (lorientation et le contenu de chacune tantdfinie lissue de la prcdente).

Ces reconnaissances doivent permettre dviter, dans la mesure du possible, la rencontrede problmes imprvus lors des travaux de construction du barrage, pouvant amener des improvisations, des surcots et des retards toujours nfastes (et ce dautant plus quelouvrage est petit et bnficie gnralement dun financement limit avec peu de margede manuvre).

Nous aborderons successivement : les diffrentes techniques utilises lors des tudes gologiques et gotechniques deprojets de barrages ; les recommandations mthodologiques concernant les diffrentes phases des interventionsgologiques et gotechniques, de lidentification du site la ralisation des travaux.

Les notions usuelles de gotechnique et de mcanique des roches sont supposes connues,et le lecteur pourra ventuellement se reporter aux nombreux manuels spcialiss dans cesdomaines.

TECHNIQUES UTILISES

Sera dvelopp l'ensemble des techniques applicables aux barrages de hauteur infrieure environ 25 mtres. Selon la nature du site et la taille de louvrage, seules certainesdentre elles devront tre employes.

INVENTAIRE DE SITES

La recherche mthodique de sites de barrages est pratique lorsquil faut trouver des sitespotentiels de stockage pour rpondre un besoin de ressource en eau dans un secteurdonn, qui peut tre rduit (un bassin hydrographique de quelques centaines dhectares) outrs tendu (un grand bassin versant de plusieurs centaines de km2). Cette dmarche faitappel aux techniques suivantes : inventaire cartographique sur des cartes topographiques du commerce dchelleapproprie la taille de la retenue envisage (1/25 000 pour les ouvrages concerns parce document : les trs petits sites ne sont pas identifiables cette chelle) ; photographie arienne (couples stroscopiques) ; prospection directe sur le terrain.

Ces trois techniques se compltent utilement et il est toujours prfrable de les associer,lorsque cela est possible, chacune apportant des lments dinformation concourant une

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meilleure apprciation des caractristiques du site : cartographie : estimation prcise des surfaces et des volumes (barrage, retenue,bassin versant) ; photographie arienne : nature du couvert vgtal, occupation des sols (attention ladate de prise de vue, qui doit tre la plus rcente possible) ; prospection directe : prise en compte de dtails morphologiques et autres, premiresindications sur la gologie du site, possibilit de reprage de sites de petite taille.

TOPOGRAPHIE

La topographie constitue le support essentiel du travail du gologue qui doit toujours situerplus ou moins prcisment les observations quil ralise, tant en planimtrie quen altimtrie.Selon le degr davancement des tudes et limportance des problmes, on peut distinguer latopographie simplifie ou la topographie rgulire.

La topographie simplifie

Il est bon de procder au nivellement des premiers sondages raliss sans attendre leslevers dtaills ultrieurs, afin de permettre un trac suffisamment prcis des profils golo-giques interprtatifs.

Le lever dun profil topographique sommaire sur laxe du barrage (au niveau automatiquede chantier et la chane) est, par ailleurs, fort utile pour estimer le volume de celui-ci dsle dbut des tudes, le cot de louvrage lui tant en grande partie proportionnel.

La topographie rgulire

La conception des ouvrages ncessite la ralisation de plans topographiques prcis, sap-puyant sur des levers de la zone dimplantation du barrage (au 1/500 ou plus dtaill),des ouvrages annexes le cas chant (au 1/200 ou plus dtaill) et de la cuvette deretenue, au moins jusqu la cote des plus hautes eaux exceptionnelles (lchelle du cadas-tre : 1/2 000 ou 1/2 500 est gnralement bien adapte pour les cuvettes de quelquesdizaines dhectares ; lchelle du 1/5 000 peut tre adopte pour des cuvettes trs ten-dues, au prix dune prcision moindre, et celle du 1/1 000 pour les petites retenues dequelques hectares).

Ces levers sont habituellement confis des gomtres-experts DPLG, et le plus souventtraits par des moyens informatiques (carnets lectroniques de terrain, report automatiquedes points, trac des courbes de niveaux). Il est souhaitable de se faire remettre par legomtre, en mme temps que le plan-papier, un fichier sur support informatique despoints du lever qui pourra tre utile au projeteur quip en CAO (Conception Assiste parOrdinateur).

Il est judicieux de profiter du lever topographique pour faire reporter sur le plan tous lespoints particuliers dont il est ncessaire de connatre la position prcise (sondages, puits,sources, structures gologiques diverses...). cet effet, le concepteur peut laisser des represnumrots, et bien visibles sur le terrain, ou accompagner le gomtre lors de son lever.


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Dans certains cas (terrain daccs trs difficile, vgtation dense, cuvette trs tendue, pro-blmes fonciers non rsolus...), le plan topographique de la cuvette peut tre ralis parstrophotogrammtrie arienne (complte et cale sur le terrain), au prix dune moinsgrande prcision, mais qui peut savrer suffisante et parfois plus raliste.

PHOTOGOLOGIE

Linterprtation gologique de photographies ariennes (en couples stroscopiques) peututilement complter la cartographie classique (notamment pour les aspects structuraux encontexte rocheux fortement altr mais sans couverture importante), et mmela remplacer dans certains cas (absence de fond topographique utilisable), tout ensaccompagnant obligatoirement dun calage sur le terrain.

Son utilit rside notamment dans la possibilit qu'elle offre de mettre en vidence desstructures non directement observables sur le terrain, grce lintgration de multiples d-tails que permet le recul de la prise de vue arienne, et parfois des traits gomorpho-logiquesde grande ampleur difficilement visibles au sol ou masqus (vgtation...).

Lexamen des photographies ariennes (rcentes de prfrence) fournit aussi des indicationssur le couvert vgtal et loccupation des sols dans le bassin versant. Elles se rvlent utilespour les tudes hydrologiques et lanalyse des transports solides du cours deau.

CARTOGRAPHIE GOLOGIQUE

Si les conditions daffleurement le permettent, une carte gologique peut tre leve unechelle adapte la prcision recherche, au stade dtude concern et la taille du site, etgnralement sur un fond topographique existant (cartes IGN ventuellement agrandies), ousur des plans topographiques rguliers et plus dtaills sils sont disponibles.

Le gologue doit sattacher y faire apparatre la nature des terrains constituant le substra-tum au droit des affleurements ( figurer selon leur taille relle), et des terrains de recouvre-ment ailleurs, en y distinguant autant de catgories que ncessaire. Doivent figurer sur sacarte tous les indices utiles : structuraux (pendages, plis, schistosit, failles et cassures,filons...), hydrogologiques (sources, per tes...), et gomorphologiques(notamment les glissements de terrain anciens ou actuels, les indices karstiques...).

TRANCHES LA PELLE HYDRAULIQUE

Cette technique concerne les reconnaissances du site o sera implant louvrage, les zo-nes demprunt dans le cas dun barrage en terre et ventuellement le diagnostic dtan-chit de la cuvette.

Elle concerne essentiellement les barrages en terre, mais peut aussi tre utilise dans lareconnaissance du site dun barrage en bton, lorsque le substratum rocheux nest pas trsprofond, afin dvaluer limportance des terrassements pralables. Nanmoins, dans le

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cas dun barrage en bton, les essais sont peu prs inutiles puisque la partie meuble seraenleve.

Les tranches ralises laide dune pelle hydraulique (de prfrence sur chenilles pourpermettre son accs en tous points) constituent probablement le moyen dinvestigation le plusutilis pour les tudes de faisabilit gologique de sites de barrages, en raison de leur faiblecot (3 000 4 000 francs par jour aux conditions conomiques de 1996) et de la quantitimportante dinformations quelles permettent damasser dans un laps de temps rduit (15 20 tranches de 4 mtres de profondeur par jour en terrains courants).

On procde en gnral par tranches ponctuelles dans lemprise du barrage et dans lacuvette de retenue (zones demprunt potentielles). Dans certains cas, il peut tre prfrablede raliser des tranches continues dorientation judicieusement choisie.

La profondeur dinvestigation est limite par la puissance de la pelle hydraulique, la lon-gueur de son bras et la nature des terrains traverss. Des profondeurs de 4 5 mtressont couramment atteintes avec une pelle dau moins 100 chevaux de puissance et ungodet de 80 100 cm de large muni de dents efficaces (godet type terrassement ).

Le gologue peut lever des coupes assez prcises en suivant lexcution des tranches, eten mesurant au dcamtre la profondeur de chaque changement de terrain tout en prle-vant ventuellement des chantillons remanis ou intacts des diffrents horizons traverss(ce qui permet ensuite des comparaisons entre tranches et peut faciliter les corrlationspour le trac des profils gologiques interprtatifs). Le niveau dapparition deau doit trenot. Enfin, il importe de sassurer quaucune personne ne descend dans la tranche, quirisque tout moment de sbouler. Les prlvements ne doivent sous aucun prtexte treraliss depuis le fond de la tranche, sauf en la blindant.

Il est gnralement bon de laisser les tranches ouvertes quelques heures, ou quelquesjours (si les conditions de scurit le permettent - balisage mettre en place si ncessaire),afin de permettre de meilleures corrlations et dobserver des phnomnes parfois lents se manifester (venues deau) ou se stabiliser (niveau de la nappe).

Moyennant certaines prcautions et approximations, ces tranches peuvent donner lieu des essais de permabilit lorsquil est jug opportun destimer sommairement le coeffi-cient de permabilit des terrains de la fondation. Plus ou moins rudimentaires, ces essais(de type LEFRANC, NASBERG...), donnent des rsultats manier avec prudence tantdonn le grand nombre de paramtres difficilement matrisables susceptibles de les in-fluencer.

La pratique courante est de raliser des tranches alignes dans laxe du futur barrage.Dans les versants, il convient de veiller ce que les tranches fournissent une coupe sanslacune du substratum. Dans ce but, on procde en partant du haut du versant, en dcalantchaque tranche de la prcdente dune distance telle que la dnivellation du terrainnaturel entre ces deux points soit infrieure ou au plus gale la profondeur sur laquelle lesubstratum a t travers dans la tranche prcdente (ceci ne vaut en toute rigueur que silpaisseur du recouvrement varie peu entre ces deux points).


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GOPHYSIQUE

Dans certains cas (fondations rocheuses, ouvrages de type rigide envisags), les techniquesde la sismique rfraction et de la petite sismique (relativement lgres) permettent dobtenirune zonation des vitesses de transmission des ondes sismiques. On peut gnralement lesrelier au degr de fracturation et daltration du rocher, ce qui permet parfois de localiserdes accidents (failles...) grce aux anomalies de vitesse quils engendrent.

Lorsque la morphologie ne prsente aucun verrou topographique net, la mise en uvre decette technique au stade faisabilit ou APS, peut permettre de mieux choisir limplantationdu barrage en localisant une ou plusieurs zones dans lesquelles le substratum sain estmoins profond.

La position du rocher sain en profondeur est souvent voisine des horizons vitesseleve (> 4 000 5 000 m/s) et dtermine gnralement le niveau dassise des barragesen bton.

Dans les zones de rocher altr ou d'alluvions, la prospection lectrique peut aussi treutilise, seule ou en combinaison avec la sismique. Dans cette technique, les variations dela rsistivit lectrique des terrains sont utilises pour en dduire celles de la lithologie, delaltration et de la fracturation. Les mesures peuvent tre faites sous forme de sondages,de trans lectriques, ou de panneaux de rsistivit.

Linterprtation des mesures gophysiques, qui doit tre faite par un gophysicien expri-ment, ncessite un talonnage sur des sondages mcaniques (carotts le plus gnrale-ment).

La manire optimale de procder cet talonnage consiste demander au gophysiciendtablir un rapport provisoire, partir duquel les sondages dtalonnage peuvent treimplants au mieux. Il rdige ensuite son rapport dfinitif aprs avoir pris connaissancedes rsultats de ces sondages, et si ncessaire, affin son interprtation.

Sur des sites trs dlicats, o il existe un risque potentiel ou avr de rencontre de cavitssouterraines (karst, anciennes mines ou carrires, prsence de roches solubles [gypse]...), latechnique de la microgravimtrie peut tre mise en uvre afin de rechercher par explorationsystmatique, la prsence ventuelle danomalies ngatives du champ de la pesanteur. Dautresreconnaissances (sondages carotts...) sont ensuite ncessaires pour vrifier la nature desanomalies dtectes, mais elles sont alors implantes en connaissance de cause et il est ainsipossible de raliser des conomies par rapport une reconnaissance systmatique laveu-gle (compensant le cot de la prospection elle-mme).

FORAGES CAROTTS

Des forages carotts sont systmatiquement effectus pour des barrages de hauteursuprieure 20 mtres. Ils sont rarement utiliss pour des barrages de hauteur infrieure 10 mtres.

Ces carottages sont destins permettre dacqurir une connaissance suffisante de laconstitution lithologique et de la structure des diffrents horizons de la fondation, pour

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pouvoir dessiner les coupes gologiques interprtatives ncessaires une bonne compr-hension des conditions de fondation des ouvrages.

Cette technique permet dtendre les investigations dans tous les types de terrains, desprofondeurs plus importantes que celles permises par les tranches la pelle, dy prati-quer des essais deau plus fiables que dans celles-ci (bien quils soient plus ponctuels), etdy prlever, sous certaines conditions, des chantillons intacts de terrains. Il est main-tenant possible denregistrer les paramtres de forage, ce qui donne un renseignement encontinu sur la nature des terrains traverss.

Son cot lev (1 500 2 000 francs par mtre linaire pour des sondages de bonnequalit, essais deau compris, aux conditions conomiques de 1996) en rend lutilisationexceptionnelle dans les phases prliminaires des tudes (barrages importants ou posantdes problmes justifiant le recours cette technique). Lorsque cest le cas, il est souhaitabledimplanter ces forages carotts en fonction des observations faites au pralable dans destranches la pelle, leur but tant de rpondre aux questions prcises souleves locca-sion de ces dernires (profondeur du substratum rsistant/tanche, dun horizon repre...).

La profondeur des forages est adapter la taille de louvrage et au contexte gologique.Il n'est pas rare qu'elle atteigne, en fond de valle, la hauteur de louvrage prvu et elledoit permettre de traverser le substratum sur au moins 5 mtres dpaisseur. Dans lesversants, elle doit permettre d'atteindre les premiers horizons du substratum rencontrs enfond de valle (en tenant compte de la structure et des dcalages dus au pendage, auxfailles...), afin de corrler dans toute la mesure du possible les rsultats des forages surtoute la longueur de lemprise du barrage.

Lobtention de carottes de bonne qualit ncessite le respect des principes suivants : le carottier doit tre choisi en fonction de la nature des terrains prlever. Il peut tre soitpoinonneur ( paroi mince avec ou sans tui intrieur, piston stationnaire, paroipaisse), soit rotatif (simple, double, triple, avec ou sans trousse dpassante). La normeAFNOR cite en bibliographie (voir p. 66) dtaille les diverses utilisations possibles ; le diamtre de carottage ne doit pas tre infrieur 60 mm la profondeur finale dusondage, compte tenu des ventuelles rductions de diamtre (entranes par la mauvaisetenue des terrains imposant la pose de tubages provisoires). Le diamtre usuel des foragesde reconnaissance varie de 86 101 mm ; aprs extraction, et aprs enlvement du cake de forage les enrobant gnralement(rsidus de foration en terrains argileux), les carottes doivent tre soigneusement prot-ges et mises en caisse.

Il est recommand de faire raliser, ds la fin des travaux de forage, des photographies encouleur des caisses de carottes qui constitueront, dans la plupart des cas, les seules tracesde ces dernires subsistant aprs quelques annes (il est rare de pouvoir conserver int-gralement ces carottes en bon tat en raison des problmes de stockage, de dsagrga-tion spontane de certains matriaux, de vol...). Les carottes doivent tre photographiesaprs lavage soign ou grattage du cake , mouilles pour en faire ressortir les dtails,correctement tiquetes (numro du sondage, profondeur), accompagnes dune palettede couleurs standard et dune chelle de longueur, de prfrence la lumire artificielledun flash.


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Le gologue doit procder, au fur et mesure de la progression du sondage, un leverdtaill des carottes extraites, qui comporte : une description lithologique des terrains traverss en fonction de la profondeur comportanttous les renseignements pertinents (nature, aspect, couleur, porosit, oxydation, pendage descontacts...) de nature permettre des corrlations entre forages voisins. Elle saccompagnedun dessin de la colonne de terrains (appel log ), selon une reprsentation symbolique deleur nature, si possible standardise ; le cas chant, la profondeur de la limite infrieure de la zone doxydation. Elle corres-pond la prsence doxydes mtalliques la surface des fissures et diaclases, quilsproviennent de dpts ou dune altration sur place (cette limite concide gnralementavec celle des circulations deaux superficielles, et donc avec la limite infrieurede la zone dcomprime partir de laquelle les fissures peuvent tre considres comme fermes ) ; des indications structurales, selon la nature des terrains : stabilit de la paroi, fissurationintense ou broyage, pourcentage de rcupration, ou taux de carottage intgral (somme deslongueurs de carottes/longueur de forage correspondante), indice de fracturation (mdianedes longueurs de carottes dans une passe de carottage), indice RQD1 si la nature du terrainsy prte (le RQD est peu significatif en rocher trs anisotrope, schistos notamment) ; les observations hydrogologiques telles que niveau deau en cours et en fin de foration,pertes de fuide de foration, venues deau, artsianisme, essais deau ; tous renseignements relatifs au droulement de la foration : dates de dbut et de fin,nature et dimension des outils de forage utiliss et du tubage provisoire, quipement dfi-nitif ventuel (pizomtre...), position des limites entre passes de carottage, incidents di-vers (boulements, chutes doutil), niveaux deau en dbut et en fin de chaque journe ouposte de travail.

Le nombre, lespacement et la profondeur des forages ne peuvent pas tre fixs danslabsolu, mais doivent tre dfinis lors des reconnaissances antrieures, en tenant comptedes particularits de chaque site, du degr dhtrognit des terrains constituant lafondation et de lchelle spatiale des variations latrales de facis, ainsi que des probl-mes ventuellement mis en vidence.

Leur implantation doit autant que possible sharmoniser avec les autres moyens dinvesti-gation mis en uvre (soit en comblant les lacunes dobservation, soit en permettant leurtalonnage rciproque, soit encore en permettant dapporter une rponse des questionssouleves par ceux-ci). Les sondages traversant uniquement des terrains rocheux peuventtre en gnral orients dans toutes les directions sans difficult majeure. Ceux qui traver-sent des sols meubles doivent tre carts de 30 au plus de la verticale.

Il est dusage frquent de raliser au moins trois forages rpartis selon laxe du barrage(un en fond de valle et un en haut de chaque appui latral), mais leur nombre est pluslev ds lors que la longueur en crte du barrage envisag est suprieure 100 mtres.Il convient de conserver un espacement horizontal de 50 mtres et un espacement verticalde 10 mtres entre forages conscutifs, valeurs qui peuvent se rvler encore trop fortesdans certains cas.

1. Rock Quality Designation = Total des longueurs de carottes suprieures 10 cm / longueur de foragecorrespondante.

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En cas dempattement amont-aval suprieur 100 mtres environ, deux lignes de foragessupplmentaires (selon les pieds amont et aval du barrage) peuvent savrer ncessaires,surtout pour des fondations trs htrognes ou mdiocres.

Les forages carotts doivent tre accompagns dessais deau (type LUGEON, en pres-sion, en terrains rocheux ; type LEFRANC, gravitaire, en terrains meubles), notamment surlaxe des organes dtanchit. Lobtention de rsultats significatifs en matire dessaisdeau ncessite un matriel adapt, le respect de conditions opratoires standardises etune conduite raisonne des essais : foration ralise exclusivement leau claire (pas de perforation sous boue bentonitiqueou de type biodgradable) et nettoyage avant chaque essai de la paroi du sondage (paralles et venues de loutil avec injection deau jusqu obtention dune eau claire en tte deforage), afin de dbarrasser celle-ci de tous dpts de fines ( cake ) pouvant obturer lesinterstices et fissures, sige de la permabilit, et donc fausser les mesures ; pression maximale lors des essais de type LUGEON adapte la profondeur de leurralisation. On limite gnralement la pression1 une valeur de lordre de 0,3 0,5 MPapour la gamme douvrages concerns ici. Il convient de ne pas oublier que cet essai nest entoute rigueur valable que si la courbe dbit/pression correspondante est voisine dune droite,ce qui est vrifier pour chaque essai, en ralisant plusieurs paliers de pression(maintenus 10 minutes), selon un cycle ascendant puis descendant (par exemple : 0,05 -0,1 - 0,2 - 0,3 - 0,2 - 0,1 - 0,05 MPa) ; en cas de perte totale deau , prolonger lessai pour distinguer le remplissage depoches de la circulation permanente ; positionner lobturateur dans un terrain suffisamment rsistant pour supporter sans fluagela pression de gonflage, et homogne afin dviter la perforation de la membrane ; contrler la hauteur deau dans lespace annulaire entre tige dinjection et tube provi-soire en dbut et en fin dessai afin de dceler et de quantifier un ventuel contournementdobturateur ; effectuer de prfrence les essais LUGEON lavancement, sous obturateur unique(risques de contournement dobturateur diviss par deux) ; prfrer la mesure de la pression dans la chambre de mesure plutt quen tte de forage(calcul des pertes de charge toujours imprcis), et lenregistrement en continu du dbit etde la pression afin de contrler la constance de ceux-ci lors de lessai ; pour les essais LEFRANC, le plus dlicat est de connatre ou de contrler la forme de lachambre dinjection, et surtout disoler correctement celle-ci du reste du forage. Un moyenparfois employ consiste mettre en place un obturateur pour l'essai LUGEON, et injecter leau gravitairement par le tube central (niveau constant ou variable). Afin davoirune rponse significative, ces essais doivent tre nombreux et tester tous les changementsde facis.

Il est possible de procder des prlvements dchantillons intacts de sol en foragecarott. Pour les sols fins, les carottiers recommands sont : poinonneur piston station-naire ou paroi mince avec tui, rotatif triple trousse dpassante.

1. Nous parlons ici de pression effective, cest--dire celle rgnant au centre de la passe dessai. Si lon nedispose pas dun dispositif permettant la mesure directe de la pression dans la chambre dessai, il faut tenircompte des pertes de charge et de la surpression correspondant la colonne deau dans le dispositif(z =dnivellation entre manomtre et surface pizomtrique naturelle) : Peff = Pmano - Pc + z/100 (en MPa).


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Les chantillons intacts de sol doivent tre immdiatement orients et correctement numro-ts, scells leurs deux extrmits laide de paraffine (afin dviter toute perte deau),manipuls, stocks et transports avec prcautions, sous peine de mettre en cause lareprsentativit des essais qui seront pratiqus.

Les longueurs de carottes correspondant aux chantillons prlevs ne peuvent tre exami-nes quaprs ouverture de la gaine en laboratoire. La coupe du sondage doit doncmentionner cette prise dchantillon et la description des terrains devra tre ultrieurementcomplte. Une cale en bois devra toujours remplacer la portion prleve dans la caissede carottes, avec indication des rfrences de lchantillon.

ESSAIS GOTECHNIQUES EN LABORATOIRE

La connaissance des caractristiques physiques et du comportement mcanique et hydrau-lique des matriaux constituant la fondation de louvrage tudi, et de ceux dont on envi-sage lutilisation pour sa construction, est ncessaire au projeteur pour concevoir le bar-rage le mieux adapt son contexte gotechnique.

Cette connaissance est acquise pour partie grce la ralisation dessais gotechniquesen laboratoire.

La ralisation des ces essais requiert la mise en uvre de procdures normalises et dematriels spcifiques. Elle ne peut tre confie qu des Laboratoires de Mcanique desSols et des Roches expriments et parfaitement quips.

Matriaux et fondations meubles

Pour ce type de matriaux, globalement qualifi de sol, les essais sont raliss sur deschantillons prlevs sur le terrain (intacts ou remanis dans les sondages carotts et dansles tranches la pelle). Ces essais se rpartissent en : essais didentification : teneur en eau naturelle, granulomtrie et sdimentomtrie, limi-tes dAtterberg, essai au bleu de mthylne, poids spcifique des grains, poids volumiqueapparent... essais de compactage des matriaux des zones demprunt : essai Proctor Normal ; essais mcaniques et hydrauliques : mesure de la rsistance la compression simple,rsistance au cisaillement ( lappareil triaxial), compressibilit ldomtre, mesure dela permabilit ldomtre ou au permamtre.

Le nombre dessais de chaque type est adapter au volume probable du remblai, sahauteur, au nombre de matriaux de diffrents types utiliss (cas des barrages zons) et la variabilit naturelle des matriaux tudis.

titre indicatif, le programme minimal dessais recommands pour les matriaux dem-prunt de barrages en terre ne prsentant pas de difficult particulire est dtermin enfonction du volume de matriau reconnatre1 : srie dessais didentification (teneur en eau naturelle, granulomtrie, sdimentomtrie,

1. Le volume reconnatre doit tre 1,5 2 fois suprieur au volume gomtrique du barrage.

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limites dAtterberg) : un pour 5 000 10 000 m3 de matriaux mettre en uvre avec unminimum de cinq essais ; essais de compactage (Proctor Normal et mesure du poids spcifique des grains) : unpour 15 000 25 000 m3 avec un minimum de cinq essais ; essais de comportement mcanique et hydraulique (cisaillement triaxial, compressibilit ldomtre, mesure de la permabilit) : un pour 30 000 50 000 m3 avec un minimum detrois essais (mais aucun essai de ce type nest prconis lorsque H V < 5).

Pour la fondation, le nombre dessais entreprendre peut tre du mme ordre de grandeursi lpaisseur meuble est importante (les essais de compactage tant inutiles).

Le paragraphe tudes gotechniques du chapitre IV (voir p. 68) insiste sur lintrt dunessai simple (la teneur en eau) et expose quelles conclusions pratiques tirer des rsultats deces diffrents essais.

Enrochements

Pour les matriaux de type agrgats et enrochements, les essais raliser en laboratoiresont : mesure des caractristiques intrinsques : densit apparente, tude minralogique (exa-men de lames minces au microscope) ; mesure des caractristiques dtat : teneur en eau, granulomtrie-blocomtrie, coeffi-cients de forme (allongement, aplatissement), porosit, degr de fissuration, indice decontinuit ; mesure des caractristiques de comportement : rsistance aux chocs (essai Los Angeles,ou L.A.), labrasion (essai Micro-Deval en prsence deau, ou MDE), la compressionsimple Rc (sur carottes cylindriques), lalternance de cycles gel-dgel (essai de glivit).

ESSAIS ET MESURES IN SITU

Plusieurs types dessais et mesures in situ peuvent tre raliss diffrents stades dtudedes sites de barrage, en fonction de critres varis (nature des terrains de fondation,problmes gotechniques rencontrs, taille de louvrage envisag...).

Ils permettent de mesurer des caractristiques mcaniques en grand de la fondation, enintgrant leffet des discontinuits du massif.

Les essais raliss dpendent de la nature de la fondation. En terrains meubles, citons : le pntromtre statique ou dynamique : il permet surtout de distinguer les horizons deconsistance diffrente, sans quil soit possible de relier directement et de manire fiable larsistance de pointe leurs caractristiques mcaniques ; le pressiomtre : il permet dobtenir une relation contrainte-dformation du sol (dtermi-nation dun module de dformation, de la pression de fluage et de la pression limite) ; le scissomtre : il permet de mesurer la cohsion non draine du sol, lorsque celle-ci estinfrieure 0,1 MPa. Il nest pas possible de mesurer la cohsion de couches dont lpais-seur est infrieure la hauteur des pales du scissomtre ;


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le phicomtre : il permet une mesure approximative directe, en forage, de la rsistanceau cisaillement des sols htrognes ou grossiers.

Ces diffrents essais in situ ne sont pas couramment utiliss pour tudier un barrage (saufdans le cas de fondation trs mdiocre, vases par exemple).

En terrains rocheux, les essais classiques sont les suivants, les deux premiers concernant lafondation, les deux suivants la connaissance des matriaux : essai de dformabilit au dilatomtrique en forage au vrin plaque de charge ou auvrin plat : mesure de modules de dformation du rocher selon diffrentes directions (cesessais sont dlicats raliser, exigent une main duvre trs qualifie et cotent fort cher,ce qui en rserve gnralement lusage aux ouvrages les plus importants) ; mesure de vitesses sismiques dans le massif de fondation : donne une valeur globale dela qualit du massif ; essai de sautage denrochements lexplosif : diffrents dispositifs de tir et charges sont tester, avec dtermination des caractristiques de lenrochement obtenu (blocomtrie,formes, abondance des striles...) ; planches dessai de compactage denrochements en vraie grandeur.

RECOMMANDATIONS POUR LE DROULEMENT DES TUDES

La dcomposition en phases adopte ci-aprs est bien entendu subjective. Elle correspond la pratique courante pour les ouvrages dune certaine importance, mais il est videm-ment possible denvisager une rpartition diffrente des tudes gologiques et gotechni-ques, notamment pour les petits ouvrages (simplification et regroupement de phases),ou en fonction des particularits du site quelles soient ou non de nature technique (probl-mes fonciers entranant des difficults daccs et pouvant conduire acclrer ou retar-der certaines reconnaissances).

De mme, la dnomination de ces phases nest pas standardise, et les usages varientnotablement selon les cas. Au-del de la terminologie, limportant est que leur contenucorresponde aux tapes qui doivent tre successivement franchies lors de llaborationdun projet de barrage et de sa ralisation.

IDENTIFICATION ET CHOIX DU SITE

But poursuivi

On recherche, si possible, une implantation proche des besoins satisfaire, permettant lestockage du volume deau ncessaire (en liaison avec les rsultats de ltude hydrologi-que : possibilits naturelles ou artificielles de remplissage), au meilleur rendement gom-trique possible (rapport volume stock/volume du barrage auquel est directement li lecot de louvrage). Dans le cas dune retenue vocation touristique, cest plutt le critrede superficie du plan deau qui est dterminant.

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Mthodologie

La ralisation dun inventaire systmatique de sites de barrage potentiels est gnralementpratique sur une tendue et selon des critres en relation avec la nature des besoins satisfaire.

Un premier tri peut tre effectu ds ce stade, en fonction de considrations diverses(adquation de la taille du bassin versant, donc des apports naturels lobjectif de stoc-kage ; contraintes foncires telles que submersion dhabitations, de voies de communica-tions, douvrages divers... rendement gomtrique du site ; proximit des besoins...)

Chaque site fait lobjet de calculs sommaires de ses principales caractristiques gomtri-ques : courbes hauteur-surface noye, hauteur-volume (barrage et retenue) ; pour une ou plusieurs valeurs du volume stock : hauteur, longueur en crte et volume dubarrage (le cas chant pour chaque type de barrage envisag ce stade), superficienoye, rapport volume stock/volume du barrage.

La ralisation de ces calculs sappuie sur des mesures de longueurs et de surface effec-tues partir des documents topographiques disponibles et sur des calculs de volumes parintgration des courbes hauteur-surface. Lutilisation de programmes spcifiques sur micro-ordinateurs facilite ces calculs et permet dditer des tableaux comparatifs assortis degraphiques.

Une estimation sommaire du cot de louvrage pour une ou plusieurs hypothses dedimensionnement est gnralement pratique en vue de comparer des sites et/ou dechercher un optimum conomique. Elle est ralise par application de ratios ou de cotsdordre issus de lexprience antrieure du concepteur pour des ouvrages de mme type, partir de bases de donnes propres chaque bureau dtudes alimentes par le calculdes mmes ratios pour le cot constat douvrages de mme type (aprs actualisation desprix).

Un classement des sites retenus lissue de ce premier tri est ensuite possible, selon descritres dont la nature et la hirarchie sont variables selon la nature du projet, et dont lechoix est du ressort du projeteur.

Le choix dont les principes viennent dtre exposs sapplique en particulier aux diffren-tes variantes dun mme site. Il peut en effet tre ncessaire dtudier plusieurs hypothsesde capacit et/ou dimplantation sauf lorsquil nexiste quun verrou topographique bienlocalis.

TUDE GOLOGIQUE DE SURFACE

But poursuivi

Aprs l'tape didentification dun site de barrage, un examen visuel par un gologueexpriment en barrages est indispensable avant toute poursuite des tudes. Il ncessiteseulement une demi-journe une journe.


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Cette visite de terrain a pour but de dterminer les grandes lignes de la gologie du siteavant toute mise en uvre de moyens de reconnaissance plus lourds. Son rle est multiple : replacer le site dans son contexte gologique local et rgional ; dceler dventuelles conditions gologiques rdhibitoires visibles immdiatement ; orienter la suite des tudes, et en particulier dfinir et implanter les travaux de reconnais-sance ultrieurs ; ventuellement, affiner limplantation du barrage en tenant compte de dtailsgomorphologiques ou autres.

Mthodologie de ltude gologique de surface

Avant cette visite, le gologue consulte les cartes gologiques existantes (1/50 000, dfaut 1/80 000) qui lui permettent essentiellement de replacer le site dans son contextegologique local, lithostratigraphique et structural. Dans certains cas, ce seul examenprliminaire peut conduire une forte prsomption de gologie dfavorable (terrainskarstiques).

La connaissance pralable du contexte gologique est indispensable, car elle permetdorienter lexamen du site vers la recherche de certains types dindices, en utilisant lexp-rience antrieure de contextes semblables.

Selon la rgion concerne par le site tudi, la localisation des structures tectoniquesrgionales majeures peut se rvler dune grande importance pour la suite des tudes, etexpliquer parfois le comportement particulier de certaines fondations.

Les mthodes mises en uvre pour cette reconnaissance sont variables selon limportancede louvrage tudi et selon le contexte gologique. Consistant au minimum en un par-cours de la zone dimplantation du barrage et de tout ou partie de la cuvette de retenueassorti de la ralisation de toutes les observations possibles, elle peut stoffer dune carto-graphie gologique une chelle adapte, du lever de coupes lithostratigraphiques avecprise dchantillons, dun examen de photographies ariennes et dans certains cas dima-ges satellitaires.

Laboutissement de cette premire reconnaissance de terrain est ltablissement dun dia-gnostic prliminaire (parfois dit de prfaisabilit) sur lopportunit dengager des tudesplus dtailles. On peut ce stade classer les sites selon les catgories suivantes : sites favorables, pour lesquels aucune condition rdhibitoire na t mise en vidence ; sites dfavorables, pour lesquels sont apparus des problmes difficiles rsoudre et/ouayant une incidence conomique hors de proportion avec lintrt de louvrage ; sites douteux, qui peuvent se rpartir entre ceux o aucune observation de surface nestpossible en raison des conditions daffleurement, et ceux pour lesquels subsistent des incerti-tudes sur linterprtation et/ou des lacunes dobservation. Des investigations par tranchescontinues la pelle hydraulique sont alors ncessaires pour permettre le classement du sitedans lune des deux catgories prcdentes.

Il est utile de reporter les observations faites lors de cette phase dtude et les conclusionsqui en ont t tires sur une fiche synthtique du type de celle figurant ci-contre, proposepar B. COUTURIER (1985).

Chapitre I I I

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Outre le renseignement des diverses rubriques quelle comporte, le trac dun profil golo-gique main leve selon laxe du barrage envisag permet au gologue de traduire savision du site lissue de ces investigations prliminaires. Cette coupe gologique doitpermettre de faire la distinction entre ce qui relve de lobservation, de linterpolation, oude lintuition pure et simple, et sera donc dautant plus prcise que les conditions daffleu-rement sont bonnes.

Il est parfois dlicat de classer un site dans la catgorie dfavorables , et on aura alorstendance le qualifier de douteux pour ne pas labandonner sans autre forme deprocs. Bien quil soit difficile de trancher dans labsolu, lexprience montre quil estgnralement prfrable, en cas de doute svre, dabandonner un site en ralit favora-ble, plutt que dengager des tudes pousses, donc coteuses, sur un site qui pourrait servler dfavorable un stade davancement tardif du projet. Cette dmarche simposedautant plus lorsquil existe dautres solutions alternatives.

LITHOLOGIESTRUCTURE

QUALIT DE LA FONDATION

STABILIT DES APPUIS

TANCHIT(hydrogologie)

LITHOLOGIESTRUCTURE

STABILIT DES VERSANTS

TANCHIT(hydrogologie)

AGRGATS

SOLS FINS

TRAVAUX DE RECONNAISSANCE

CONCLUSIONS ET REMARQUES

MAT

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AFFAIRE

NOM DU SITE

LOCALISATIONCARTES

COORDONNESTopo. : Gol. :X. : Y. : Z. :

N


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TUDE DE FAISABILIT GOLOGIQUE

Lexpression tude de faisabilit appelle des remarques prliminaires : cette tape, importante dans llaboration dun projet de barrage, est ainsi nommepour signifier quelle constitue le point au-del duquel ne doit subsister quun trs faibletaux dchec (abandon du projet en raison de difficults gologiques non dceles aupa-ravant), et qui conditionne le lancement dtudes plus pousses (donc plus coteuses) ; cette appellation ne signifie cependant pas que la faisabilit gologique du projet nepuisse tre remise en cause lors de phases dtudes ultrieures, dans des cas particulire-ment difficiles, et qui doivent rester lexception ; il parat prfrable que la personne charge de ltude se donne les moyens de porter ce stade un diagnostic objectif et le plus fiable possible, quitte mettre en uvre dansles cas douteux quelques reconnaissances plus pousses et non prvues initialement pluttque de reporter ce diagnostic lAPS (ce qui ncessite de mobiliser le financement pourun APS complet sans tre assur de le mener bien jusquau bout) ; on note ce sujet une certaine varit dans les pratiques des bureaux dtudes, entre laposition expose ci-dessus et celle correspondant au report du diagnostic de faisabilit austade de lAPS, en fonction du type et de limportance des barrages, et peut-tre desmatres douvrage concerns. Il se peut en particulier que la matrise douvrage ne soit pasassure par le mme organisme lors des tudes pralables et lors de lAPS. Lessentieldemeure que le matre duvre effectue une mission conforme lattente de son client, enlui apportant une aide la dcision tout au long de lavancement du projet.

But poursuivi

Aprs le diagnostic prliminaire favorable du gologue sur le site considr, il convient deprocder un ensemble dtudes et dinvestigations plus pousses afin : de confirmer labsence de conditions gologiques ou gotechniques rdhibitoires pou-vant invalider le diagnostic antrieur ; de prciser le contexte gologique de lamnagement envisag ; daffiner progressivement la dfinition du type de barrage le mieux adapt ce contexteet son implantation exacte ; de prciser, dans le cas dun barrage en remblai, quel pourrait tre le meilleur emplace-ment de lvacuateur de crue ; dorienter et de dfinir les reconnaissances qui seront ncessaires aux phases ultrieuresdu projet (APS).

Ces tudes de faisabilit gologique vont gnralement de pair avec dautres types dtu-des de faisabilit : foncire : dune importance sans cesse croissante et qui parfois peut prendre le pas surles autres aspects du projet ; environnementale : les aspects cologiques des projets de barrage font lobjet dtudesdimpact qui doivent prendre en compte les consquences des travaux envisags sur lemilieu, tant au niveau du site et de ses environs que sur le cours deau en aval ; conomique : il convient dtudier la viabilit du projet selon sa destination, qui peut tremultiple (irrigation, soutien dtiage et lutte contre la pollution, crtement des crues etprotection contre les inondations, tourisme et loisirs) ;

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amnagement local : un projet de barrage est parfois loccasion de lancer une rflexionsur le devenir de zones rurales en difficult (revitalisation de lconomie locale par sonattrait touristique ventuel...).

Bien quil puisse paratre logique de subordonner le lancement de ces diverses tudes une conclusion favorable sur la faisabilit gologique, leur importance croissante et leursdlais de ralisation imposent le plus souvent un lancement simultan, et parfois mme desuspendre les tudes gologiques la conclusion favorable des autres tudes de faisabi-lit.

Ce dernier point renforce le poids de ltude gologique de surface voque ci-dessus(voir tude gologique de surface, p. 49) et motive les recommandations faites au sujetdes consquences potentielles dun diagnostic trop optimiste en cas de doute.

Cette phase dtude (faisabilit) est celle o doivent tre reconnues les caractristiquesessentielles du site et dcels, dans toute la mesure du possible, les problmes importantspouvant amener un diagnostic dfavorable.

S'il existe gnralement une solution technique aux problmes rencontrs, son cot peuttre parfois disproportionn avec l'intrt conomique de l'ouvrage et en condamner laralisation.

Mthodologie de ltude de faisabilit gologique

Les tudes de faisabilit gologique ncessitent la mise en uvre de techniques diverses,variables selon limportance de louvrage envisag, la nature du contexte gologique, et/ou les habitudes du gologue.

La mthodologie recommande ici pour la ralisation des tudes de faisabilit gologiquede barrages du type de ceux viss par le prsent ouvrage ne peut donc prtendre luniversalit, et devra souvent tre adapte aux spcificits du cas tudi.

Une tude de faisabilit-type pourra se drouler, tout ou partie, selon les ta-pes suivantes

TAPE 1 : recherche bibliographiquePour tous les barrages, mme les plus petits, il est trs intressant de consulter lescartes gologiques existantes et leur notice. Pour les barrages dune vingtaine demtres ou plus, il peut tre intressant de rechercher dans la littrature gologiquergionale (articles de revues spcialises, thses, monographies, notices de cartesgologiques) dventuelles tudes antrieures sur la rgion du site considr, ou desimples mentions de dtails pouvant savrer utiles pour la comprhension du con-texte et de lhistoire gologique du secteur (localisation et description daffleure-ments, de gisements fossilifres, de gtes de divers matriaux utiles, de structuresparticulires, de cavits, de sources ou pertes de ruisseaux...).

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TAPE 2 : visite approfondie du site - cartographie

Le gologue se livre une visite de terrain dtaille du site du barrage et de lacuvette de retenue et cartographie tous les dtails. Si laltitude de la retenue conduit prvoir quune digue de col risque dtre ncessaire, son site devra faire lobjetdtudes gologiques attentives. En effet, bien que leur hauteur soit gnralementtrs faible, leur rupture peut librer un volume deau trs important. Dautre part, lescols correspondent souvent des zones o le substratum est de qualit mdiocre.Si le contexte sy prte, une carte gologique peut tre leve cette occasion (chelle: 1/25 000 1/5 000 selon ltendue concerne).Inversement, la gologie locale peut dans certains cas rendre inoprante lobserva-tion superficielle, par absence daffleurements (exemple des molasses du BassinAquitain), et cette tape, certes toujours ncessaire, sera beaucoup plus rduite.Parmi les observations raliser, une attention particulire doit tre apporte ladtection de phnomnes dinstabilit, tant au niveau du site de barrage proprementdit, que dans et autour de la cuvette de retenue (glissements de terrains, coules desolifluxion, chutes de blocs, talus, parois rocheuses ou versants entiers instables).Cette recherche doit tre systmatique, surtout dans les rgions o les phnomnesdinstabilit sont frquents.Lactivit et lampleur des phnomnes ventuellement observs doit tre apprcie,ainsi que les risques de remobilisation ou daggravation sous leffet des travaux (fouilles,emprunts) et de lexploitation de louvrage (vidanges), de faon dfinir les dispositifsde confortement ou de drainage des versants ventuellement ncessaires.La prsence dinstabilits de grande ampleur constitue gnralement une circons-tance trs dfavorable pour les barrages, et la poursuite dun projet dans un telcontexte doit tre accompagne des plus grandes prcautions concernant la scuritdes ouvrages, et mrement rflchie afin de prendre en compte les contraintes queces problmes ne manqueront pas de poser au matre douvrage ou son exploitantau cours de la vie du barrage.

TAPE 3 : tudes hydrogologique et structuraleCes tudes sommaires sont ralises au cours de la visite approfondie du site etpeuvent conduire, selon les cas, soit une cartographie particulire, soit de sim-ples renseignements sur la carte gologique densemble. tude hydrogologique sommaireIl sagit ce stade de dfinir les grands traits de lhydrogologie de la fondation dubarrage envisag, de la cuvette de retenue correspondante, et de leur contextelocal.On procde gnralement un inventaire des puits (avec recueil de donnes tellesque : niveau deau et ses variations, horizons traverss, dbit dexploitation...), sour-ces, rsurgences ou pertes diverses.Selon la densit des points inventoris, on peut esquisser lallure de la pizomtrienaturelle de la zone dimplantation de louvrage et en tirer des indications prlimi-naires sur son comportement probable sous leffet de la cration dun plan deau(prsence dans les versants dune nappe un niveau suprieur celui de la future

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retenue, ce qui lui fera jouer le rle de barrage hydraulique et empchera les fuiteslatrales mme si les terrains y sont permables ; prsence dun rseau karstique une cote infrieure celle du futur plan deau avec risque de contournement si unexutoire existe plus bas que celle-ci laval du site ou dans une valle adjacente...).Les rsultats de ltude hydrogologique peuvent dpendre assez fortement de lasaison de sa ralisation et de la pluviomtrie des mois ou des annes antrieures. Lesconsquences sur le projet doivent donc en tre tires avec prcaution, en sassurantnotamment que les cas les plus dfavorables ont bien t identifis et envisags. tude structurale sommaireLorsque le terrain sy prte (fondations rocheuses), un relev sommaire des princi-paux traits structuraux du site (pendages, directions et densit de fracturation, acci-dents faills importants, structures plisses...) permet dtayer le diagnostic pour cequi concerne la valeur mcanique et les conditions dtanchit de la fondation. Iloriente parfois le choix du type douvrage le mieux adapt et contribue en gnral la dfinition et limplantation des travaux de reconnaissance ultrieurs.Par ailleurs, la recherche bibliographique de donnes sur le contexte structural rgio-nal peut orienter ltude locale, ou aider linterprtation des observations de ter-rain. Elle permet, par exemple, de distinguer des familles de directions rgionalementsignificatives, de les rattacher par l-mme telle ou telle phase tectonique, deprvoir leur tat probable (cassures ouvertes ou fermes), ou dexpliquer ultrieure-ment leur comportement vis vis des essais in situ, en fonction de leur orientation parrapport au champ de contraintes tectoniques rgional actuel.

TAPE 4 : Tranches de reconnaissance la pelle hydraulique(site et zones demprunt de barrages en remblai)

Cest le complment indispensable de la visite approfondie voque ci-dessus. Son im-portance est dautant plus grande que les conditions daffleurement sont mauvaises.En terrains rocheux, la profondeur dinvestigation est en gnral limite la tranchedaltration superficielle, mais on obtient au moins des indications sur la profondeurdes premiers horizons rsistants, et notamment celle du substratum sous les alluvionstrs gnralement prsentes en fond de valle.Il convient en particulier de vrifier sil nexiste pas de lit fossile du cours deau,dcal du lit actuel par les divagations de celui-ci ou par lintervention humaine.Selon les principes noncs prcdemment (voir Tranches la pelle hydraulique p.40), il est recommand de raliser au moins : une ligne de tranches selon laxe envisag pour le barrage, raison dunetranche tous les 15 20 mtres de distance horizontale en moyenne, des tranches rparties dans la (ou les) zone(s) envisage(s) pour lextraction desmatriaux de construction du barrage, raison dune par hectare en moyenne,selon une maille hectomtrique la plus rgulire possible. Leur but est dobtenir desindications prliminaires sur lpaisseur et la nature des matriaux meubles disponi-bles dans la cuvette de retenue, et/ou celles de la dcouverte ncessaire pour lex-ploitation de matriaux rocheux le cas chant, ce qui contribuera orienter le choixdu (ou des) type(s) de barrages possible(s) pour le site considr.

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TAPE 5 : forages carotts le cas chantLeur ralisation ce stade des tudes est gnralement rserve aux ouvrages duncertaine importance ou prsentant des problmes gologiques particulirement dli-cats, pour lesquels seule cette technique est juge susceptible de permettre au golo-gue de porter un diagnostic objectif (risque de permabilit importante en fondationconditionnant la faisabilit, substratum inaccessible par sondages la pelle...).

TAPE 6 : topographie sommaireLe nivellement des tranches et surtout des forages est indispensable afin de permet-tre de bonnes corrlations entre leurs coupes respectives. Un cheminement au niveauautomatique de chantier et la chane donne une prcision suffisante.Il est judicieux de laisser des repres (piquets, bornes) qui pourront tre intgrsdans les levers topographiques rguliers des phases dtude ultrieures (ces foragespourront alors tre recals plus prcisment).

TAPE 7 : interprtation et rdaction du rapport finalLinterprtation des observations faites lors des visites de terrain et dans les diversestranches, ou forages raliss, ncessite la construction de profils gologiques dontle nombre et lemplacement sont adapter chaque cas despce (gnralement,un profil selon chaque axe envisag pour le barrage, assorti de coupes perpendicu-laires ou obliques cet axe pour traduire la constitution gologique de la fondation ;des coupes dans les zones demprunt de matriaux du site prospectes peuvent aussitre dessines).Le diagnostic final est ensuite port sous forme dun rapport passant en revue lesdiffrents problmes pouvant se prsenter sur un site de barrage, en suivant parexemple le plan-type suivant :1 Introduction

1.1 But de ltude1.2 Situation gographique1.3 Rappel des tudes antrieures

2 Gologie du site de barrage2.1 Morphologie2.2 Lithologie2.3 Structure2.4 Qualit de la fondation - stabilit des appuis2.5 tanchit de la fondation

3 Gologie de la cuvette de retenue3.1 Morphologie3.2 Lithologie3.3 Structure3.4 Stabilit des versants3.5 tanchit de la cuvette

4 Matriaux disponibles proximit du site5 Conclusions

5.1 Programme de reconnaissances5.2 Diagnostic sur la faisabilit

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Un lment important de la conclusion de ltude de faisabilit est le choix du type (ven-tuellement des types) de barrage le (ou les) mieux adapt (s) au contexte gologique misen vidence par ltude, avec une attention particulire apporte la valeurde la fondation, et en tenant aussi compte des disponibilits en matriaux utilisables sur lesite.

La dfinition prcise des campagnes de travaux de reconnaissance entreprendre lorsdes phases ultrieures dtude est aussi dune grande importance. Elle permet une conti-nuit dans la progression des investigations, en prvoyant les moyens ncessaires pourrpondre aux questions souleves ou combler les lacunes dobservation subsistant lissuede ltude de faisabilit.

TUDES GOLOGIQUE ET GOTECHNIQUE DAPS

But poursuivi

Les tudes spcialises pralables ltablissement de lAPS (Avant-Projet Sommaire) delouvrage sont ralises en cas de conclusion favorable de ltude de faisabilit, et de-vraient permettre au Matre dOuvrage de dcider lengagement du processus de cons-truction du barrage.

Le but de lAPS est de dfinir les grandes lignes de louvrage, rpondant aux besoinsexprims par le client et adapt son contexte, en passant si ncessaire en revue lesdiffrentes variantes envisageables et en chiffrant de manire approche, mais raliste, lecot de chacune.

Limportance de cette premire estimation de linvestissement est grande, car cest elle quibien souvent va servir de base la recherche des financements, et apprcier lopportu-nit conomique de la ralisation des travaux.

Cest pourquoi il convient de garantir le matre douvrage de mauvaises surprises ultrieu-res en essayant dapprocher ce cot par excs - sans pour autant cumuler les scurits - ennoccultant notamment aucun des problmes techniques mis en vidence ou simplementsuspects.

Cette phase dtude correspond en France, pour les barrages de hauteur gale ou sup-rieure 20 mtres, au Dossier Prliminaire soumettre au C.T.P.B. (Comit TechniquePermanent des Barrages). Inversement, pour les plus petits des ouvrages concerns par leprsent document, il est frquent que cette phase dtude soit regroupe avec celle dAPD1(Avant-Projet Dfinitif) sous forme dtudes spcialises davant-projet.

1. ADP : l'expression avant projet dfinitif est celle des dcrets d'application du 29 novembre 1993 de la loiMOP (Matrise d'Ouvrage Publique) ; elle remplace l'appellation avant projet dtaill .


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Mthodologie des tudes gologiques et gotechniques dAPS

Les tudes spcialises de gologie et gotechnique pralables ltablissement de lAPSdun barrage comprennent usuellement les tapes suivantes :

Reconnaissances dtailles de terrain

Le gologue suit le droulement des travaux de reconnaissance dont la consistance a tdfinie lors des tudes de faisabilit, en modifiant ventuellement ce programme pourladapter aux informations recueillies (implantation, profondeur, nombre des sondages,nature des essais in situ, prise dchantillons...).

cette occasion, il peut pratiquer des observations complmentaires sur le terrain, parfoisaprs amlioration des conditions de visibilit (dbroussaillage, dans le cas des ouvragesrelativement importants), raliser une cartographie gologique de dtail si ncessaire,pratiquer des relevs de fracturation ou fissuration sur affleurements ou en fond de tran-ches (dans le cas de fondations rocheuses).

Les reconnaissances pratiques sont gnralement les suivantes : lever topographique dtaill : cest gnralement lors de cette phase dtude que sontraliss les levers topographiques du site de barrage et de la cuvette de retenue dcrits enpage 39 (voir Topographie). Il y a lieu de faire reporter tous les sondages et tranchesraliss dans la fondation de louvrage tudi et dans la cuvette sur les plans dtaills. tranches la pelle sur le site : cette technique est souvent utilise au stade des recon-naissances davant-projet pour complter les investigations, claircir dventuelles zonesdombre, tudier une ou plusieurs variantes dimplantation du barrage et sil y a lieu delvacuateur de crues.

La ralisation de tranches continues, selon des directions significatives par rapport louvrage ou aux structures gologiques (gnralement selon laxe du barrage et selonlintersection du barrage avec la topographie prexistante), est recommande ce stadedes tudes pour les ouvrages importants ou dont la gologie est particulirement com-plexe.

gophysique : les fondations rocheuses font ce stade lobjet de reconnaissances parsismique rfraction ou par petite sismique. Un dispositif classique consiste raliser :- un profil sismique selon laxe du barrage (dbordant assez largement lemprise de celui-ci dans chaque versant) ;- un ou plusieurs profils perpendiculaires cet axe (par exemple un en fond de valle et unsur chaque versant) ;- un ou plusieurs profils sur les axes envisags pour les ouvrages annexes.

forages carotts : ils sont trs gnralement pratiqus ce stade des tudes, essentielle-ment sur laxe du barrage (et/ou celui de lorgane dtanchit), plus rarement dans lacuvette de retenue ou sur les gtes de matriaux (tude de problmes particuliers, couver-ture importante, reconnaissance demprunts sur de grandes paisseurs ou de carriresdenrochements...).

prospection dtaille des zones demprunt (cas des barrages en remblai), avec prlve-ments dchantillons : elle consiste en des tranches la pelle selon une maille plus serreque lors des premires investigations, avec prise dchantillons remanis.

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ce stade des tudes, la maille des tranches ne devrait pas tre infrieure 50 mtres(quatre tranches par hectare, adapter aux conditions locales). Il est prfrable danstoute la mesure du possible de respecter une rpartition assez rgulire des tranches, touten les organisant selon des profils topographiques parallles entre eux et perpendiculairesaux courbes de niveau.

Une coupe dtaille de chaque tranche est leve, avec mention des prlvements dchan-tillons raliss ; penser noter lpaisseur de terrains inexploitables dcaper en surface(couche vgtale organique), la profondeur des venues deau et si possible celle de lanappe phratique (et ses variations prvisibles), lpaisseur dventuels horizons interm-diaires purger, linstabilit ventuelle des parois.

La prise dchantillons est faire en fonction des changements de nature du terrain, ce quiconduit souvent un prlvement tous les mtres de profondeur en moyenne, avec commelimite celle des terrains a priori exploitables (au-dessus de la nappe phratique notam-ment).

Le poids des chantillons doit tre suffisant pour la ralisation des essais gotechniquesenvisags (environ 2 kg pour une simple identification, au moins 20 kg pour des essais decompactage, voire plus en cas de granulomtrie grossire). Il convient si possible que cesprlvements soient effectus par le laboratoire charg des essais.

reconnaissance des gtes dagrgats pour bton (classique ou BCR) : ils sont reconnus la pelle comme pour les zones demprunt ; quant la prospection de carrires potentielles,elle comprend ltude des niveaux rocheux concerns (nature ptrographique, tude struc-turale, densit de fracturation, paisseur de dcouverte), assortie si ncessaire de foragescarotts, et de gophysique. En gnral, louverture de carrires nouvelles est exclue, saufcelles qui seront noyes par la retenue.

essais in situ : les essais voqus en page 47 (voir Essais et mesures in situ) peuvent lecas chant tre raliss, si limportance du barrage ou les problmes rencontrs le justi-fient.

Interprtation des reconnaissances

L'ensemble des informations apportes par les travaux de reconnaissance est interprtpar le gologue qui affine sa connaissance du site. Selon limportance de louvrage envi-sag, la nature gologique du site et les problmes rencontrs, il tablit en tant que debesoin les documents suivants : coupes gologiques, profils de permabilit et de fracturation,diagrammes structuraux.

Essais gotechniques en laboratoire

Une partie plus ou moins importante des essais ncessaires (voir Essais gotechniques enlaboratoires, p. 46 et s.) est ralise ce stade dtude, en fonction de divers critres(taille de louvrage, contraintes budgtaires ou foncires, habitudes du bureau dtudes...).Mais il est conomiquement intressant davoir fait lensemble des prlvements en uneseule fois, mme si une partie seulement est tudie en laboratoire au niveau de lAPSsurtout pour les plus petits barrages. En tout tat de cause, lensemble des essais prconi-


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ss doit tre fait au niveau de lAPD. Il est admissible de ne raliser quun nombre restreintdessais lors de lAPS, par exemple en se limitant des essais de dfinition.

Synthse gotechnique

Elle est tablie sur la base des comptes rendus dessais en laboratoire, de reconnaissanceset de mesures in situ, et sattache distinguer des familles de matriaux homognes, tanten fondation que dans les zones demprunt, en indiquant pour chacune les fourchettes devaleur des diffrents paramtres mesurs.

Les premiers calculs de stabilit peuvent tre raliss partir de cette synthse et permet-tent de dfinir le(s) profil(s) probable(s) pour les barrages en terre, le niveau de fondationpour les autres types de barrages.

La synthse gotechnique doit aussi comporter un diagnostic sur la disponibilit en mat-riaux du site, selon le type de barrage envisag, et attirer ventuellement lattention sur lancessit de prospecter de nouvelles zones demprunt avant le dbut des travaux.

Rapport final

tabli aprs ralisation de toutes les tapes prcdentes, il comprend : une synthse de toutes les tudes gologiques entreprises depuis le dbut des tudes ; la synthse gotechnique voque ci-dessus (tude gotechnique prliminaire) ; la dfinition des reconnaissances dAPD (forages carotts, prlvements intacts ou rema-nis, gophysique, essais gotechniques en laboratoire et in situ...) ; le choix argument du type douvrage le mieux adapt au site ; une esquisse prliminaire du barrage (zonage, pentes, ancrage, purge...) et un avis surle traitement de la fondation et le cas chant de la cuvette.

TUDES GOLOGIQUE ET GOTECHNIQUE DAPD (AVANT-PROJET DFINITIF)

Dans le cas des plus petits barrages, cette phase pourra tre confondue avec celle dAPS.

But poursuivi

Sauf cas particulier, la gologie est dj bien connue ce stade, et seules des reconnais-sances ponctuelles sont gnralement ncessaires (en particulier : fondation des ouvragesannexes tels quvacuateur de crues, galeries de vidange, de drivation, de visite, tour deprise, barrages secondaires sils ntaient pas envisags lors de lAPS).

Cependant, en cas de modification significative de limplantation du barrage (ou du seulaxe de lorgane dtanchit) depuis les reconnaissances dAPS, de nouveaux foragescarotts avec essais deau sont ncessaires sur le nouvel emplacement.

Cest en revanche ce stade des tudes que la plus grande partie des tudes gotechni-ques proprement dites (mcanique des sols ou des roches selon le cas) est gnralementralise et ncessaire : prlvement dchantillons en nombre adapt la taille de louvrage et aux conditions

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rencontres (degr de complexit gologique et de variabilit des sols), en fondation etdans les zones demprunt envisages ; ralisation dessais de laboratoire (programme adapt pour bien connatre la fondationdes ouvrages et les zones demprunt de matriaux). Leur but est de fournir au projeteur leslments ncessaires la conception dtaille du barrage et de permettre la dfinition desrecommandations dordre gologique et gotechnique pour la conduite des travaux et lesuivi ultrieur de la vie de louvrage. Cette phase dtude correspond en France, pour lesbarrages de hauteur suprieure ou gale 20 mtres, au dossier dfinitif soumettre auComit Technique Permanent des Barrages.

Mthodologie des tudes gologiques et gotechniques dAPD

Les tudes gologique et gotechnique dAPD comprennent tout ou partie des lmentssuivants, de manire trs variable selon les caractristiques de chaque ouvrage (impor-tance, complexit, type de barrage...).

Reconnaissance complmentaire ventuelle de la fondation du barrage et des ouvragesannexes, notamment en cas de terrains peu consistants, de changement dimplantation,ou de reconnaissances antrieures insuffisantes (problmes fonciers par exemple) : tran-ches la pelle, sondages carotts avec essais deau et/ou prlvement dchantillons intacts , essais in-situ (pntromtre...).

Reconnaissance dtaille des zones demprunt de matriaux par tranches la pelle,avec prlvements pour essais en laboratoire (notamment : prospection de nouveaux ca-siers en cas dinsuffisance du volume des matriaux disponibles, parfois en raison duneaugmentation de celui du barrage, ou en cas de changement tardif de type de barrage).

Essais gotechniques en laboratoire (mcanique des sols et/ou des roches) sur chan-tillons intacts et remanis, de la fondation et des emprunts.

Analyses chimiques, radiomtriques, sur les matriaux demprunt ou sur des terrains defondation.

Synthse gotechnique (et gologique le cas chant) de la fondation et des matriauxdemprunt, dbouchant sur la ralisation de calculs de stabilit permettant de dfinir leprofil du barrage (en terre) ou le niveau de fondation des ouvrages rigides.

Choix dfinitif des axes (ouvrages principal et annexes, tanchit), du type douvrage,de ses matriaux constitutifs.

Dfinition prcise de la nature et de la forme des organes dtanchit, de la zonationdu barrage (selon le cas), des casiers demprunt, des conditions de mise en uvre desmatriaux, des dispositifs dauscultation de la fondation et du barrage.

Recommandations pour la conduite des travaux et le suivi de louvrage en service(prcautions prendre, notamment pour la stabilit des versants et talus dexcavations encours de travaux et lors de vidanges de la retenue ; matrise de la teneur en eau pourldification de barrages en remblai ; points darrt ncessitant une rception par le go-logue avant poursuite des travaux ; dispositions de dtail arrter en fonction des obser-vations faites lors des travaux...).


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GOLOGIE ET GOTECHNIQUE AU STADE DU PROJET

Elles concernent essentiellement la rdaction des parties gologique et gotechnique duCahier des Clauses Techniques Particulires1 (CCTP) des marchs de travaux (selon les cas: terrassements, travaux prparatoires des ouvrages de gnie civil, injections, paroi mou-le, auscultation...).

Ce CCTP a notamment pour but de prciser lintention des entreprises participant auxappels doffres les points particuliers prendre en considration pour ltablissement deleurs offres et surtout pour la ralisation des travaux. Il comporte les documents dinformationaux entrepreneurs consults : hydrologie, gologie, rsultats des reconnaissances.

Les points particuliers devant faire lobjet de Spcifications Techniques Dtailles (STD)sont les suivants (liste indicative et non exhaustive) : conditions de tri, slection et mise en uvre des matriaux de remblai, normes de com-pactage (fourchette de teneur en eau et de compacit, valeurs limites du degr de satura-tion et/ou de la pression interstitielle, fuseaux granulomtriques, modalits du contrle desmatriaux...) ; critres darrt et de rception des fouilles et purges ; pentes de talus aprs excavation respecter (fouilles, emprunts) ; spcifications particulires concernant, le cas chant, les injections (profondeurs, pres-sions, critres darrt : pression/volume...) ; spcifications particulires concernant, le cas chant, la paroi moule (critres darrt,conservation dchantillons, prcautions concernant la pizomtrie...) ; spcifications particulires concernant, le cas chant, le voile de drainage (orientationdes forages par rapport au pendage, espacement, profondeur, traitement des zones aularge) ; spcifications concernant les pizomtres (nature, zones sensibles surveiller ventuel-lement...).

SUIVI GOLOGIQUE DES TRAVAUX

But poursuivi

Lintervention de la personne ayant ralis lensemble des tudes gologiques prliminai-res et particip llaboration du projet est indispensable pendant le droulement destravaux de construction du barrage.

En effet, des adaptations de dtail ou parfois plus importantes peuvent tre ncessaires un moment ou un autre des travaux, car les reconnaissances prliminaires, mme trsdtailles, ne concernent rellement quune faible partie du volume de terrain. Ceci estdautant plus vrai que la variabilit des paramtres gologiques et gotechniques estimportante.

Il importe de bien noter que la phase de ralisation des travaux fait partie intgrante destudes, car cest ce seul moment que la gologie peut tre vue en vraie grandeur et en

1. On trouvera au chapitre IV, p. 101 les indications ncessaires l'tablissement du CCTP d'un barrage enremblai.

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continu, et que peuvent tre dcels dventuels problmes ou lments importants, ayantpu chapper aux reconnaissances. Il convient den tenir compte moyennant des adapta-tions ou des modifications des dispositions constructives initialement prvues. Par exempleen approfondissant localement des organes dtanchit, en purgeant des terrains peuconsistants, en adaptant le zonage du remblai, en ajoutant des drains, en adaptant laprofondeur de pizomtres....

Ces modifications, qui sont parfois dcider trs vite sur le chantier, en raison du rythmesouvent rapide des travaux, doivent tre notifies en temps utile aux entreprises concer-nes, sous forme crite (ordre de service, compte rendu de visite, inscription au journal dechantier) accompagne de plans et croquis.

Elles sont archiver ensuite dans le cadre du Dossier des Ouvrages Excuts ou Plans deRcolement, constituant la mmoire du chantier et utiles lorsquil est ncessaire de cher-cher la cause de dsordres ou de comportements anormaux plusieurs mois ou annesaprs la fin des travaux. Cette recommandation garde toute sa valeur pour les plus petitsbarrages.

Mthodologie du suivi gologique des travaux

Pour atteindre ce but, le gologue doit tre troitement associ au droulement du chan-tier, sous forme de visites priodiques, pour une part programmes en fonction des phasesde travaux ncessitant son intervention (rception de fond de fouilles...), et pour le resteselon une priodicit adapter aux caractristiques du chantier (importance des ouvra-ges, complexit gologique, exprience des entreprises).

Il importe donc que le gologue soit tenu inform en temps utile de lavancement destravaux, afin de pouvoir programmer ses visites et viter : de ne pouvoir faire les observations et rception prvues ; de retarder les travaux (arrt ou remblaiement de fouille...), ce qui est toujours difficile etgnrateur de conflits gnralement nuisibles la qualit du travail.

La liste, non exhaustive, des tches accomplir au cours des travaux de construction dunbarrage est la suivante :

Suivi de la ralisation des fouilles de toutes natures (ancrage, clef dtanchit, purge,dcapage superficiel, galeries creuses dans le rocher...) :- comparaison aux prvisions, dcision darrt ou de poursuite des fouilles (adaptation duniveau darrt des fouilles aux conditions gologiques rencontres) ;- surveillance de la stabilit des excavations, des versants naturels et talus (en dblai ouremblai), avec si ncessaire dcision de mise en uvre de confortements (pinglage deblocs rocheux instables, adoucissement, cloutage ou paulement de talus meubles...).

Lever gologique des fonds de fouilles (ancrage, purge, clef dtanchit, ouvragesannexes en bton : galeries, vacuateur de crues, tour de prise) : il est gnralement fait,pour les ouvrages dune certaine importance, loccasion de la rception contractuelledes fonds de fouille prvue au march, et peut saccompagner de prise de photographies,prlvement dchantillons, relevs de fracturation, levers topographiques prcis de pointsparticuliers visibles en fond de fouille.


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Lever gologique des galeries creuses dans le rocher (rserves en gnral aux plusgrands des ouvrages viss ici) : reprsentation de la nature des terrains traverss et de leurstructure (fracturation, pendages, schistosit, porosit) sur un plan dvelopp de la sectionde la galerie, avec report de tous indices hydrogologiques (cavits, venues deau, per-tes...).

Suivi des prlvements de matriaux demprunt pour les barrages en terre :- comparaison des terrains effectivement rencontrs avec les prvisions, et contrle de laconformit de la conduite des emprunts avec les spcifications du march ;- recherche de nouveaux casiers si ncessaire ;- adaptation des conditions dexploitation : tri des matriaux, zonage du remblai, traite-ment des matriaux (schage, humidification, criblage...) ;- surveillance de la stabilit des talus rsiduels, et adaptation de la conduite des empruntsen cas de problmes.

Suivi de lexploitation des gtes dagrgats et des carrires (pour BCR, protections enenrochements...) :- comparaison avec les prvisions ;- contrle de la conformit des matriaux exploits aux spcifications du march (granulo-mtrie ou blocomtrie, nature, forme, caractristiques mcaniques...).

Suivi de la ralisation des drains et puits drainants en fondation. Lattention doit porteressentiellement sur :- la vrification de la traverse effective et correcte des zones drainer ou dcomprimer(suivi des forages, examen des cuttings, enregistrement de paramtres, diagraphies...), etladaptation ventuelle de la profondeur et de lorientation des drains ;- labsence de colmatage lors de la foration (pas dutilisation de boues de forage, net-toyage soign en fin de foration jusqu lobtention deau claire) ;- le dveloppement des puits ventuellement ncessaires ;- la conformit des dispositifs filtrants (dimension, nature et disposition des crpines) auxspcifications et aux conditions rellement rencontres, et leur adaptation si ncessaire ;- la ralisation correcte, le cas chant, de lisolation de certaines zones ne devant pastre mises en communication hydraulique ;- la vrification finale du fonctionnement (qui peut navoir lieu parfois quaprs remplis-sage partiel ou total de la retenue), avec en particulier labsence de tout entranement departicules de sol dans leau recueillie (qui pourrait constituer lamorce dun renard).

Suivi de la ralisation des voiles dinjection (le cas chant) :- dfinition, en liaison avec les spcialistes de lentreprise, du plot dessai et des consignesdinjection (pressions et/ou volumes limites, critres darrt) ;- tablissement de coupes gologiques reconstitues par enregistrement des paramtresde forage destructif ;- modifications ventuelles de la profondeur du voile (approfondissement au niveau dacci-dents permables...), ou de son extension latrale (allongement des voiles au large) ;- modifications ventuelles de lespacement entre forages, du dosage et parfois de lanature du coulis, des paramtres dinjection (pression, volume, dbit) ;- dfinition et suivi de sondages de reconnaissance ou de contrle avec essais deau ;- dcision ventuelle de retraitement en cas de mauvais rsultats des essais de contrle ;- synthse et interprtation des absorptions de coulis et des pressions dinjection.

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Suivi de la ralisation des parois moules (le cas chant) :- tablissement de la coupe des terrains traverss par prlvement dchantillons la sortiede la benne, si le type doutil utilis et/ou la nature des terrains le permettent ;- rception du fond dexcavation (prlvement dun chantillon la benne en fin decreusement), notamment lorsquun niveau dancrage particulier doit tre atteint ;- surveillance particulirement attentive de la continuit de la paroi ;- surveillance de la stabilit des parois, de la largeur et de la verticalit de lexcavation(observer le centrage des cbles ou tiges par rapport aux bords de celle-ci lors de ladescente et de la monte de la benne) ;- contrle dventuels hors-profils de creusement (visibles sur les courbes de btonnage,dans le cas des parois au bton plastique o lon substitue ce dernier la boue decreusement) ;- suivi de la pizomtrie de part et dautre de la paroi au cours des travaux (il convient desassurer en permanence que la boue ou le coulis dans lexcavation est un niveausuprieur dau moins 1,5 2 mtres celui de la surface pizomtrique dans le terrainnaturel, afin dassurer la stabilit des parois) ;- dcisions ventuelles de modification de la gomtrie (augmentation ou diminution de laprofondeur et de lextension latrale) en fonction des conditions gologiques effectivementrencontres.


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BIBLIOGRAPHIE

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