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Wikibardig:Réhabilitation et confortement

De Wikibardig

Sommaire


Les barrages, comme tout ouvrage d’art, sont susceptibles de présenter des dégradations menaçant leur intégrité et pouvant donc conduire à leur défaillance. Celles-ci sont mises en évidence par le suivi de l’auscultation, lors des visites régulières ou approfondies, lors de l’Examen Technique Complet, lors d’un diagnostic de sûreté. Elles peuvent être dues à différentes causes : mauvaise conception et/ou réalisation, maintenance insuffisante, occurrence d’un aléa naturel tel que les crues et les séismes...

Des actions de réhabilitation ou confortement doivent alors être engagées afin de rétablir la sécurité, une fois le barrage rempli. En effet, dans tous les cas de défaillance, en cas de mise en cause de l’intégrité de l’ouvrage et avant tous travaux de confortement, un abaissement du niveau du plan d’eau aura permis de diminuer la poussée de l’eau. Ces actions sont fonction des types de barrages et de mécanismes de dégradation impliqués. En dernier recours, la recherche de la sécurité peut conduire à rendre transparent l’ouvrage de façon provisoire ou définitive.

Solutions de confortement pour les barrages en remblai

Les mécanismes de dégradation dans les barrages en remblai sont l’érosion interne, l’érosion externe et l’instabilité mécanique. Ces mécanismes sont liés à la présence de circulations d’eau dans l’ouvrage. Ils peuvent conduire à la rupture de l’ouvrage. Les solutions de confortements ont pour but de réguler et drainer les écoulements. Le tableau ci-dessous récapitule les différentes solutions de confortement en fonction du mécanisme de dégradation des barrages en remblai. Elles sont détaillées dans les paragraphes suivants. Certaines actions sont communes à plusieurs modes de dégradation.

Solutions de confortement Mécanismes de rupture
Traitement des points bas et aménagement du talus aval Surverse ;

Glissement ;

Liquéfaction sous sollicitations sismiques

Confortement / Réhabilitation du déversoir Surverse.
Confortement de l’étanchéité Paroi moulée ;

Recharge amont étanche ;

Pose d’une géomembrane ;

Injections en fondations.

Erosion interne ;

Glissement ;

Liquéfaction sous sollicitations sismiques

Confortement du système de drainage Recharge drainante ;

Création de tranchées drainantes aval ou amont.

Erosion interne ;

Glissement ;

Liquéfaction sous sollicitations sismiques.

Confortement de la résistance mécanique Pose d’une recharge aval ;

Reprofilage des talus ;

Améliorer la protection du parement amont.

Erosion interne ;

Glissement ;

Liquéfaction sous sollicitations sismiques.


Traitement des points bas et aménagement du talus aval

Le but de ce confortement et d’augmenter la résistance de la crête et du talus aval à la circulation de l’eau. Les points bas de la crête devront être comblés. On pourra aménager un exutoire qui guidera les écoulements vers une zone aménagée à cet effet.

En cas de mauvais état général de la crête, il est nécessaire de procéder à un rechargement (apport de matériaux) et un reprofilage complet (compactage).

Dans le cas où le parement aval est nu, il conviendra d’enherber ce parement.

La circulation de l’eau de pluie sur le talus aval peut créer des ravines qui deviendront des points de concentration des débits, ce phénomène conduit à un maintien voire à un élargissement des ravines. Les ravines seront comblées en respectant les étapes suivantes :

  • agrandir, dans un premier temps, la ravine pour lui donner une forme régulière trapézoïdale ;
  • installer un blocage de pied avec des pierres de dimension décroissante vers l’amont de la ravine ;
  • remblayer avec du tout-venant par couches horizontales de 10 cm compactées à la dame ; afin de faciliter son compactage, le matériau doit être légèrement humide.

Confortement / Réhabilitation du déversoir

L’abaissement de la Cote Normale d’Exploitation est pérennisée par l’arasement du/des seuils du/des déversoirs. La solution d’utiliser le système de prise ou de vidange n’est pas assez fiable.

La diminution du niveau d’eau des Plus Hautes Eaux peut être obtenue par abaissement et / ou agrandissement du seuil du déversoir ou par l’installation de hausses fusibles. Les modifications du seuil du déversoir conduiront à la modification du coursier de l’évacuateur de crues.

Confortement de l’étanchéité

Paroi moulée

La technique de la paroi moulée consiste à réaliser une excavation à partir de la surface puis on exécute la paroi moulée en béton d’argile à partir de la crête. Celle-ci traverse l’ensemble du remblai et la partie meuble de la fondation. Les parois peuvent être descendues sans difficulté jusqu’à des profondeurs dépassant 50 m dans des terrains alluvionnaires dont les éléments ne dépassent pas 20 à 30 cm.

La tranchée, large de 0,8 à 1 m, est maintenue stable par remplissage au moyen d’un coulis auto-durcissable (bentonite, ciment, eau) qui fait prise en quelques jours. Cette technique nécessite que le matériau qui entoure la paroi ne soit pas trop perméable pour éviter de trop fortes pertes de coulis avec les risques correspondants d’éboulement de la paroi. La paroi moulée obtenue a une perméabilité de l’ordre de 10-8 m/s. Ce mur est suffisamment plastique pour subir d’importantes déformations sans se fissurer.

Recharge amont étanche

La mise en place d’une recharge amont en matériau plus imperméable que celui utilisé pour le remblai permet d’améliorer l’étanchéité de celui-ci. Cette solution implique d’avoir des matériaux adéquats à proximité de l’ouvrage existant.

Avant de procéder à la pose de la recharge amont, il est nécessaire d’ôter toute protection existante (terre végétale et/ou protection antibatillage).

Les règles de filtre doivent être respectées entre les deux matériaux, si c’est nécessaire, un matériau filtrant sera intercalé entre les deux couches.

Une couche d’enrochement antibatillage doit ensuite être posée, sur un matériau de transition.

Pose d’une géomembrane

Dispositif d’Étanchéité par Géomembrane

Injections en fondations

La solution des injections est utilisable dans le cas où le rocher de fondation est de mauvaise qualité et / ou que la fondation n’a pas été correctement traitée et étanchée à la construction. Cette technique peut être utilisée dans le cas d’une fondation meuble ou dans celui de fondations rocheuses plus ou moins fissurées, les produits d’injection étant adaptés au matériau traité (coulis bentonite-ciment, coulis spéciaux) ; la coupure comporte le plus souvent trois lignes de forages en quinconce ; comme l’injection ne peut être efficace en surface, le traitement se fera à partir d’une certaine hauteur de remblai.

Confortement du système de drainage

Recharge drainante

La mise en place d’une recharge aval drainante est une solution souvent utilisée, elle permet de prévenir du risque d'érosion interne et améliore la stabilité du talus.


Confortement-Torcy le Vieux.jpg
Barrage de Torcy Vieux ; après le confortement par recharge aval drainante (Photo INRAE – G2DR)

Création de tranchées drainantes aval ou amont

Ce type de solution (puits drainants, pointes filtrantes, tranchées drainantes) est rarement pratiqué seul. Elle vient, par exemple, en complément de la mise en place d’une recharge drainante.

Confortement de la résistance mécanique

Pose d’une recharge aval

Cette solution consiste à ajouter un massif aval constitué d’un matériau si possible drainant ou au moins de perméabilité supérieure à celle du remblai initial. La pente du nouveau remblai est plus douce que celle du remblai initial, si les matériaux ont des caractéristiques mécaniques comparables.

Reprofilage des talus

La construction de recharges compactées cotés amont et/ou aval est la technique classiquement utilisée pour conforter des talus en état limite de glissement. Lorsque l’on conforte le talus aval, le matériau doit si possible être plus perméable que celui de l’ancien talus aval. L’idéal étant un matériau drainant. Pour conforter le talus amont, la recharge peut être soit grossière si l’on veut améliorer le régime des pressions interstitielles, soit plus étanche que le remblai si on veut en outre améliorer l’étanchéité.

Dans tous les cas, il faut vérifier les règles de filtre entre le sol du remblai existant et celui de la recharge. Si nécessaire, un matériau filtrant devait être interposé, soit sous forme d’une couche de matériau granulaire, soit d’un géotextile. Dans le cas d’un géotextile, il faut tenir compte du coefficient de glissement géotextile-sol et vérifier que le géotextile ne risque pas de constituer un plan de glissement préférentiel. La terre végétale doit être préalablement enlevée.

En travaux annexes, l’adoucissement des talus nécessite de prolonger le système de drainage ainsi que les organes traversants (vidange…).

Améliorer la protection du parement amont

Les parements amont des vieux barrages en terre sont constitués de perrés maçonnés ou en pierres sèches ou en béton. Ces perrés vieillissent sous l’effet du gel, de la végétation, de petits mouvements superficiels du talus en terre, de sous-pressions lors de la vidange, etc.

Selon l’origine du désordre, l’intervention sera un entretien (rejointoiement soigné), une réparation (remplacement de parties dégradées par des enrochements maçonnés ou des dalles béton armé) ou enfin une complète reconstruction du parement (masque en béton armé ou bitumineux, perré classique en enrochements).

Solutions de confortement pour les barrages poids

Les mécanismes de dégradation dans les barrages poids se traduisent par une perte d’étanchéité donc par une augmentation de la circulation de l’eau et donc des sous pressions dans l’ouvrage. Ils se traduisent, aussi, par une perte de matériaux, donc de poids. Ces phénomènes, s’ils ne sont pas traités, peuvent conduire à la mise en place de mécanisme de rupture (Cisaillement dans le corps de l’ouvrage, à l’interface barrage/fondation, en fondation).

Les barrages poids anciens sont, souvent, des barrages en maçonnerie. A partir de 1920, le béton a été utilisé et a remplacé progressivement la maçonnerie.

Le tableau ci-dessous récapitule les différentes solutions de confortement en fonction du mécanisme de dégradation des barrages poids. Elles sont détaillées dans les paragraphes suivants. Chacune de ces actions est commune à plusieurs modes de dégradation.

Solutions de confortement Phénomènes de dégradation
Confortement de l’étanchéité et du système de drainage Réfection de l’étanchéité du corps du barrage ;

Réfection de l’étanchéité amont ;

Drainage du corps du barrage et de la fondation

Vieillissement des rideaux d’injection et des réseaux de drainage ;

Dissolution/Erosion ; Gonflement interne.

Rétablir ou augmenter le poids du barrage Mise en place d’une butée en béton à l’aval ;

Pose de tirants d’ancrage ;

Injections de ciment à travers des forages verticaux.

Dissolution/Erosion ;

Gonflement interne.

Conforter la résistance au cisaillement Construction d’une recharge aval ;

Scellement d’ancrages passifs.

Dissolution/Erosion ;

Gonflement interne.


Confortement de l’étanchéité et du système de drainage

La dissolution du liant entraîne une augmentation de la perméabilité (fuites) et une diminution du poids de l’ouvrage. Le confortement consistera à améliorer l’étanchéité et le drainage de l’ouvrage.

Réfection de l’étanchéité du corps du barrage

L’injection du corps du barrage dans le but d’améliorer son étanchéité a fait l’objet d’un assez grand nombre de réalisations.

Compte tenu des volumes en jeu, le produit d’injection est généralement un coulis de ciment, mais des résines sont également utilisées, soit en complément au ciment, soit pour traiter des zones localisées. L’objectif d’étanchéité est souvent combiné à un objectif de régénération mécanique particulièrement lorsqu’un confortement par tirants est par ailleurs envisagé. En ce qui concerne l’étanchéité, les résultats sont souvent décevants, la réduction des débits de fuite constatée à l’issue des travaux ne perdure pas dans le temps, et des nouvelles campagnes d’injection sont à prévoir périodiquement.

Réfection de l’étanchéité amont

La réfection de l’étanchéité amont se fera par :

  • Rejointoiement, injection, enduit étanche (mortier ou résine) sur le parement amont ;

Le rejointoiement est une technique efficace, mais elle n’est pas pérenne. Ces travaux devront être remis en œuvre régulièrement. Le rejointoiement peut être réalisé de façon manuelle classique ou par projection dans les joints préalablement dégarnis, approfondis, lavés et humidifiés. Pour être efficaces, les travaux doivent être réalisés par une entreprise expérimentée. Pour la qualité de l’accrochage du mortier de rejointoiement, il est préférable de réaliser le dégarnissage des joints manuellement (burin et marteau) plutôt que par hydrocurage (qui a tendance à gommer les aspérités du fond de joint et parfois à enlever la patine protectrice des pierres). Le rejointoiement peut être associé à un traitement du parement amont par injections dans des forages perpendiculaires au parement amont, limitées à une certaine épaisseur.

  • Pose d’une géomembrane ;

Cette technique consiste à mettre en place sur le parement amont du barrage une membrane d’étanchéité, indépendante du corps du barrage. Pour les barrages dont le parement amont est vertical ou subvertical, on utilisera des membranes en PVC stabilisé vis - à - vis des U.V. La membrane est une feuille de PVC armé, de 2 à 2,50 mm d’épaisseur, collée en usine sur un géotextile en polyester. Elle n’est pas protégée extérieurement. Les phases de réalisation du procédé sont les suivantes :

  1. préparation du parement par nettoyage, l’objectif étant de détacher du parement les moellons ou plaques d'enduit non adhérents ;
  2. mise en place d’un géotextile ou d’une géogrille antipoinçonnement ;
  3. mise en place de la géomembrane par lés verticaux soudés entre eux et fixés avec ou pas mise en tension. Le contact avec le pied du barrage, le couronnement et les rives devra être réalisé avec soin.

Par rapport à la solution consistant à mettre en œuvre un enduit en parement amont, la solution de la membrane présente plusieurs avantages : drainage en aval immédiat de la membrane (mettant en principe le corps du barrage totalement à l’abri des percolations), possibilité de compartimenter l’étanchéité et de localiser plus facilement les éventuelles zones défectueuses, préparation du parement simplifiée, rapidité de mise en œuvre.

En ce qui concerne le vieillissement de la membrane, les premières expériences (sur des barrages en béton) montrent que la pérennité de l’étanchéité est assurée au moins pour quelques dizaines d’années.

Drainage du corps du barrage et de la fondation

Depuis la catastrophe du barrage de Bouzey, il est reconnu que la pression interstitielle dans le corps de l’ouvrage et au contact peut entraîner un risque de fissuration de l’ouvrage et de glissement. Le drainage de l’ouvrage constitue, vis à vis de ce mécanisme de rupture, un moyen de confortement permettant d’assurer la stabilité, pour autant qu'on ait préalablement résolu le problème d'étanchéité. Sinon, le drainage ayant pour conséquence d'augmenter les gradients, cela se traduirait par une augmentation des fuites, accélérant à son tour la dégradation du liant.

On cherche à limiter les sous-pressions en aval de la fondation, en forant des drains, soit à partir de la galerie si le barrage en est équipé, soit à partir du pied aval. La présence d’une galerie est plus efficace, puisque le rabattement est sensible sur une plus grande surface de fondation.

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Installation de forages inclinés au pied aval du barrage de Saint-Martin de Londres sur l’Hérault.( Photo INRAE/G2DR)

Rétablir ou augmenter le poids du barrage

Mise en place d’une butée en béton à l’aval

Cette technique ajoute du poids, là où il est le plus efficace, c’est à dire en aval.

Ce sont des barrages plutôt anciens et souvent en maçonnerie qui sont concernées par ce type de confortement.

Le confortement consiste à couler un massif de béton à l’aval, fondé au rocher, de manière à donner au barrage ainsi conforté une assise plus large, un poids suffisant et à éviter l’apparition de tensions au coin amont. Dans ce mode de confortement il est important de bien liaisonner les parties anciennes et nouvelles pour éviter des décollements lorsque les charges dues à la poussée de l’eau augmentent. Cela peut être réalisé par la pose d’ancrages passifs scellés dans la maçonnerie et noyés dans le béton coffré.

Il est alors essentiel de forer des drains sub-horizontaux traversant le nouveau béton forcément plus étanche que la maçonnerie.

Le barrage du Paty à Caromb (84) est un barrage en maçonnerie très ancien, haut de près de 20 m. Son profil est trapézoïdal, avec un parement amont vertical, un parement aval à fruit très faible mais avec une forte largeur en crête. Il a donc trop de poids en partie haute mais pas assez en partie basse. Le confortement a été réalisé par la mise en place d’une butée en béton à l’aval.

Confortement-Paty.jpg
Confortement du barrage déversant de Caromb/Paty réalisé vers 1978 ( Photo INRAE/G2DR)

Pose de tirants d’ancrage

La mise en place de tirants actifs est une technique pertinente pour pallier le déficit de sécurité des barrages en maçonnerie. Cette technique ancienne, mais renouvelée dans sa technologie, consiste en fait à augmenter le poids de l’ouvrage en lui ajoutant du poids de rocher de fondation grâce à des tirants précontraints tendus entre la crête du barrage et une zone assez profonde du rocher de fondation. Les tirants récents sont beaucoup mieux protégés contre la corrosion, ils sont libres sur la plus grande partie de leur longueur et on peut donc facilement les contrôler et, le cas échéant, les retendre. A noter que cette technique ne nécessite pas de matériels de mise en œuvre lourds, ce qui est un avantage lorsque les conditions d’accès sont difficiles comme pour les ouvrages de montagne. Autre avantage, la réparation ne nécessite pas impérativement la vidange du réservoir.

Injections de ciment à travers des forages verticaux

Si la technique d’injection du corps du barrage a été utilisée à des fins d’amélioration de l’étanchéité, elle peut également contribuer à redonner du poids au barrage et donc à l’amélioration des caractéristiques mécaniques et à la stabilité de l’ouvrage. Toutefois cela doit être considéré comme un bénéfice secondaire de l’amélioration de l’étanchéité. De plus ces travaux ne sont pas pérennes et devront être renouvelés régulièrement (quelques décennies de délai).


Conforter la résistance au cisaillement

Construction d’une recharge aval

La construction d'un remblai en terre ou en enrochements, en aval du barrage existant, apporte une butée qui contribue à améliorer la résistance au glissement.

Une couche de transition constituée de graviers propres doit être mise en place au contact entre le parement aval en maçonnerie et le remblai en enrochements, de façon à assurer le drainage des fuites de la maçonnerie et à améliorer le contact mécanique entre le barrage d'origine et l'enrochement.

Confortement-Lauch.jpg
Confortement du barrage de la Lauch par un remblai (recouvert par un perré en pierres) ( Photo INRAE/G2DR)

Scellement d’ancrages passifs

Des ancrages passifs scellés dans le rocher de fondation et la maçonnerie permettent d’améliorer la tenue au glissement d’un barrage poids. C’est une solution qui vient en complément d’un autre confortement.

Mécanismes de rupture ou de dégradation des barrages voûtes solutions de confortement

De par sa forme, le corps du barrage résiste à la poussée de l’eau, celle-ci ancrant le barrage sur ses appuis. Aucune rupture de barrage voute n’est due à la voûte elle-même. Les causes de la rupture sont liées aux modes de dégradation des appuis (érosion interne, cisaillement de la fondation).

Des pathologies peuvent affecter la fondation ou le corps de l’ouvrage. Elles sont identiques à celles rencontrées sur les barrages poids béton.

  • Fondation de l’ouvrage :
  • Corps de l’ouvrage :

REFERENCES

CFGB (Comité Français des Grands Barrages), 2002. Petits barrages : recommandations pour la conception, la réalisation et le suivi. Coordination Gérard Degoutte. Cemagref Editions-2° édition.

Degoutte G., Mercklé S., 2012. Cours d’ISBA (Institut Supérieur du Béton Armé) - Chapitre 9 – Renforcements des barrages.

Mercklé S. 2012. Cours ENGEES Pathologies

Royet P. Techniques de confortement des barrages poids. Formation IFORE : Barrages en béton et en maçonnerie. Lyon, 15 au 17 mars 2016.

Royet P. 2006, La surveillance et l’entretien des petits barrages. Edition Quae, Paris 2006.78 p.

Royet P., Laugier F., Rosin Corre N., Agresti P., Salmi A., 2013. Le parc des barrages Français en maçonnerie - Techniques de reconnaissance et de confortement. – Colloque CFBR - Modernisation des barrages - Chambéry 4 et 5 décembre 2013.

Tourment R., Mériaux P., Ingénierie des digues fluviales existantes - Stage AgroParisTech - IFORE – Aix en Provence, 8 au 12 juin 2015.


Pour plus d'information sur l'auteur : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR


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