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David GOUTALAND – CETE de Lyon Page 1/21

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





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.





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)





GÉOTECHNIQUE

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)





GÉOTECHNIQUE


Canal de Roanne à Digoin

Linéaire étudié : 6,4 km

Brèche 2007

Zone fuyarde





GÉOTECHNIQUE


• 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





GÉOTECHNIQUE


• Contexte géologique

Extrait carte 1/50000ème

Feuille de Charlieu

(42)





GÉOTECHNIQUE

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)





GÉOTECHNIQUE

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)





GÉOTECHNIQUE

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





GÉOTECHNIQUE

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





GÉOTECHNIQUE

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





GÉOTECHNIQUE

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.





GÉOTECHNIQUE

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.

?





GÉOTECHNIQUE

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)





GÉOTECHNIQUE

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





GÉOTECHNIQUE

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





GÉOTECHNIQUE

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)





GÉOTECHNIQUE

Résultats• Imagerie de résistivité électrique• Approche "time-lapse"





GÉOTECHNIQUE

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.





GÉOTECHNIQUE

Merci de votre attention