Jusqu’à la fin des années 80, il n’existait aucune méthode rationnelle pour déterminer la résistance à l’écoulement de l’eau à travers les rideaux de palplanches métalliques.
L’absence d’une telle méthode pouvait entraîner une conception peu économique de l’ouvrage, surtout lorsque la résistance à l’écoulement de l’eau avait été surévaluée par rapport à celle réellement exigée par le projet.
ArcelorMittal, premier producteur mondial de palplanches, a mené un projet de recherche exhaustive sur l’étanchéité des serrures en collaboration avec Deltares (Delft Geotechnics).
Ce projet avait pour but de déterminer le degré d’écoulement à travers les rideaux de palplanches métalliques pour des serrures de type Larssen munies de différents produits d’étanchéité, des serrures sans produits et des serrures soudées.
Deux domaines principaux de recherche ont été explorés:
- Elaboration d’une théorie logique visant à décrire le phénomène de l’écoulement de l’eau à travers les serrures de palplanches.
- Essais in situ sur des rideaux de palplanches.
La présente note décrit les résultats de la recherche, afin de permettre à l’ingénieur d’effectuer une évaluation rationnelle du degré d’écoulement pour un cas spécifique. Une gamme de possibilités est discutée: serrures non remplies perméables, serrures munies de produits d’étanchéité moyennement perméables et serrures soudées entièrement étanches.
Les coûts impliqués dans les trois cas peuvent être comparés aux exigences de résistance à l’écoulement d’eau et la solution la plus appropriée sera déduite de cette analyse.
Concept de la résistance à l’écoulement à travers les serrures
Les palplanches métalliques proprement dites sont totalement imperméables et le seul passage que le liquide puisse emprunter pour traverser le rideau est créé par les serrures. Pour les écrans d’étanchéités poreux, telles que les parois moulées, le processus d’infiltration peut se traiter à l’aide de la loi de Darcy au moyen d’un coefficient de perméabilité K:
v = K • i (1)
où v est la vitesse de décharge et i représente le gradient hydraulique:
i = (p / gw )/s (2)
Ce dernier est défini dans un plan horizontal comme le rapport entre la différence de hauteur de pression (∆p/gw) et la longueur de cheminement du liquide (s), voir référence 4.
La (Fig.1) représente une section horizontale d’un assemblage de palplanches métalliques. La différence positive de pression entre les points A et B : p2-p1 est associée à un flux de B vers A.
Le type d’écoulement (tubulaire, potentiel, …) est difficile à déterminer, mais très vraisemblablement, ce ne sera pas le type d’écoulement d’un milieu poreux et la loi de Darcy ne s’applique pas à l’écoulement localisé du liquide à travers les serrures d’un rideau de palplanches métalliques. Pour résoudre cette difficulté, les chercheurs de Deltares ont introduit le concept de “résistance des serrures à l’écoulement” d’un liquide.
La (Fig.3) représente une application typique de palplanches métalliques avec des niveaux d’eau différents de part et d’autre du rideau, lesquels provoquent une différence de pression dépendant de (z). Si l’on ne tient pas compte de l’écoulement vertical dans la serrure, la relation entre l’écoulement horizontal dans la serrure et la chute de pression correspondante p1-p2 est décrite sommairement à la (Fig.2). L’hypothèse d’une absence de décharge dans le sens vertical de la serrure est plus générale que celle de Dupuit-Forchheimer, habituellement utilisée pour le traitement de ce type d’écoulement, voir référence 2.
Une approche directe consiste à supposer que l’écoulement est proportionnel à la chute de pression: q(z) proportionnel à p(z)
Le coefficient de proportionnalité est désigné par :
q(z) = • p(z)/gw (3)
La signification des symboles est la suivante:
q(z): débit par unité de longueur de la serrure à la hauteur z, exprimé en [m3/s/m]
p(z): différence de pression à la hauteur z, exprimée en [kPa]
: inverse de la résistance de la serrure à l’écoulement, en [m/s] gw: poids volumique de l’eau, en [kN/m3]
Il est à remarquer que l’équation (3) ne suppose pas un écoulement de type Darcy. Toutes les propriétés de la serrure sont contenues dans et ce paramètre est déterminé de manière expérimentale.
Au sommaire
Approche théorique
Analyse rationnelle de l’étanchéité
des rideaux de palplanches métalliques
Concept de la résistance à l’écoulement
à travers les serrures
Mesures in situ
Utilisation pratique du concept
Résumé
Approche pratique
Principaux systèmes d’étanchement
vertical et horizontal
Etanchement Vertical
- Produits d’étanchéité
- Soudures
- Solutions alternatives
- Réparation des défauts
d’étanchéité des serrures
Etanchement Horizontal
Remarques et références
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