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L’hydrogéologie

appliquée au génie civil

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1. L’hydrogéologie appliquée au génie civil

2. Études types en hydrogéologie du génie civil

3. Estimation prévisionnelle des niveaux remarquables des eaux souterraines

4. Cas concret

5. Conclusions

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Le géotechnicien est souvent le « premier sur le site ». Si la présence d’eau estdétectée sous le site et en interaction avec le projet, il y aura un impact sur ledimensionnement des ouvrages géotechniques.

L’hydrogéologue intervient alors. Son intervention est généralement déterminantepour le projet ou ses avoisinants.

La mécanique des sols et l’hydrogéologie sont complémentaires.

1 – L’hydrogéologie appliquée au génie civil

Combine approche naturaliste :

• Étude de base de données (BSS, agence de l’eau, cartes…),

• Enquête de quartier, visite de site,

• Relevés / suivi piézo,

• Essais in situ,

Et analytique :

• Estimation de débit,

• Dimensionnement de rabattement, drainage,

• Modèle...

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2 – Etudes types

Contraintes lorsque l’on construit en infrastructure en présence d’eau souterraine :

PROJET

Phase provisoire :

- Venues d’eau dans la fouille (nécessité de

pompage),

- Instabilité des talus (nécessité de soutènements),

- Consistance du fond de fouille (terrains

potentiellement humides),

- Risque d’instabilité du fond de fouille, du

soutènement,

- Impact sur les avoisinants

Terrain naturel

Phase définitive :

- Gestion des sous pressions (radier, ancrages,

drainage sous ouvrage),

- Étanchéité totale ou relative,

- Gestion de l’effet de barrage,

- Impact sur les avoisinants.

Eau Souterraine

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2 – Etudes types

Suivi piézométrique :

• Informations capitales pour traiter les problématiques d’eau et estimer les niveaux remarquables au droit d’un site,

• Privilégier un suivi en continu.

Estimation des niveaux remarquables des eaux souterraines

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Essai de pompage et interprétation :

• Permet d’étudier la réponse d’un aquifère à une sollicitation,

• Permet de définir la perméabilité en grand et l’emmagasinement des formationssous le site,

• Les résultats de l’interprétation sont la base de tous les calculs hydrogéologiques(débit, dimensionnement, modèle),

• Dans certains cas, des essais de type Lefranc ou Nasberg peuvent être effectués enremplacement d’un essai de pompage mais ces essais restent ponctuels.

2 – Etudes types

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Estimation de débits et dimensionnements :

• Estimation de débits

– En phase provisoire / définitive,

– En tenant compte des caractéristiques du site et du projet,

– En tenant compte du niveau des eaux souterraines (moyen / exceptionnel)

• Dimensionnements

– Rabattement de nappe provisoire : puits de pompage, épuisement, pointes filtrantes, drainage local,

– Drainage en phase définitive : tapis drainant, nappe drainante, tranchée drainante, drainage agricole.

• Optimisations

– Fiche hydraulique de soutènements étanches par rapport au débit de rabattement en phase provisoire et à la stabilité du fond de fouille,

– Mise en œuvre de dispositifs (rabattement, drainage) justement dimensionnés.

Toutes ces estimations et certains dimensionnements peuvent être effectués par calcul manuel selon des méthodes dédiées, ou par modélisation.

2 – Etudes types

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• Etude de l’effet de barrage de structures souterraines

• Proposition de solutions de rétablissement de niveau de nappe

Objet des exposés qui vont suivre.

2 – Etudes types

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• Représentation analytique en 3D de ce que l’on sait du contexte hydrogéologique réel

– Différentes « couches » de sol avec différents paramètres,

– Conditions aux limites (cours d’eau, alimentation, etc.),

– Niveau de détails et de précision en fonction des données disponibles.

• Représentation analytique en 3D du projet

– Fouille, soutènements totalement / partiellement étanches, digues,

– Pompages, drainages.

• Résultats concernant :

– Débit de drainage / pompage,

– Effet de barrage,

– Rabattements sous avoisinants (étude des tassements possibles ensuite),

– Stabilité de fond de fouille, de batardeaux en terre (digue) par détermination des vitesses d’écoulement.

Modélisation 3D

2 – Etudes types

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3 – Estimation prévisionnelle des niveaux remarquables

POMPAGE PROJET RIVIÈRE

ou MER /

OCEAN

Niveau des eaux

souterraines à un

temps t

Que se passe t-il s’il y a :

- un épisode de pluie ?

- une crue de la rivière / du cours d’eau / une marée ?

- un arrêt du pompage ?

Quid du battement saisonnier ?

Q

PLUIE

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• Etude visant à estimer les niveaux remarquables tels que définis dans le DTU 14.1 « Travaux de cuvelage ».

• Extrait :

3 – Estimation prévisionnelle des niveaux remarquables

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• Eléments de définition de l’Eurocode 7 :

- Niveau EB : quasi permanent, susceptible d’être dépassé pendant la moitié du temps de référence.

- Niveau EF : niveau fréquent, susceptible d’être dépassé pendant 1% du temps de référence (à prendre en compte pour les critères d’étanchéité).

- Niveau EH : niveau caractéristique, de période de retour 50 ans.

- Niveau EE : niveau accidentel, plus hautes eaux connues ou prévisibles (retenu pour l’inondation des locaux lorsqu’elle est admise).

3 – Estimation prévisionnelles des niveaux remarquables

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• Approche naturaliste permet de se faire une idée assez précise du fonctionnement des eaux souterraines

– Etude des bases de données, visite du site, enquête de quartier, visite de cours d’eau proches…

– Contexte géologique,

– Recensement des captages proches,

– Contexte hydrologique (cours d’eau, mer à proximité),

– Identification de phénomènes d’inondation sur place.

3 – Estimation prévisionnelle des niveaux remarquables

Site d’étude

Captage AEP

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3 – Estimation prévisionnelle des niveaux remarquables

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3 – Estimation prévisionnelle des niveaux remarquables

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• Approche analytique Estimation des paramètres influant le relèvement du niveau des eaux souterraines / à son niveau d’étiage :

Nmax = Nétiage + B + R + A

– Nétiage : souvent le niveau le plus bas mesuré ou supposé

– B : Battement saisonnier : paramètre généralement le plus important en valeur importance du suivi piézométrique en continu, étude de l’impact de la pluviométrie,

– R : Influence de captages / drainage / rabattement proche :

Rabattement = 0,183 Q / T x log (2,25 T t / r² S)

– A : Influence d’une onde de crue / de marée :

• Synthèse des niveaux et interaction avec le projet.

3 – Estimation prévisionnelle des niveaux remarquables

.Tt

π.Sx

00.eAA

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4 – Cas concret

• Bâtiment de logements, 1 niveau de sous sol à environ 3 m de profondeur/TN.

• Définition d’un niveau EE à la cote du terrain naturel par un suivi piézométrique de courte durée

• Optimisation du projet : mise en œuvre d’un dispositif de drainage permet de maintenir leniveau d’eau maximum à 1 mètre de profondeur/TN. Un radier anti sous pression reprend2 m de sous pression.

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4 – Cas concret

• Estimation du débit de drainage,

• Dimensionnement d’un tapis drainant conventionnel

• Optimisation par mise en œuvre d’une nappe drainante sous radier associée à des tranchées drainantes,

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4 – Cas concret

• Étude des plans d’exécution en mission G4,

• Suivi de la mise en œuvre en mission G4.

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5 – Conclusions

• Contraintes liées aux eaux souterraines présentes en phases provisoire et définitive d’un projet.

• Importance de traiter les aspects hydrogéologiques d’un projet de la même manière que les aspects géo mécaniques au regard de leur interaction.

• La norme indique que les données relatives aux eaux souterraines (niveaux DTU 14.1) doivent être précisées au stade G2PRO (doivent donc être communiquées dans les DCE), mais la recherche de données doit débuter le plus tôt possible.

L’étude des contraintes hydrogéologiques nécessite des opérations de suivi et d’observation de longue durée.