ESSAIS DE PERMEABILITE SUR CHANTIERin situ

essais en laboratoire

perméabilité à base d’un tubage de forage

2 essais

Perméabilitépar pompage

résultats plus au moins fiables (sols remaniés)

3) résultats plus proches de la réalité (sol intact)

4) plus fiables

2) de nombreuses pièces d’équipement (cher)

1) prennent beaucoup de temps

mais

Essai de perméabilité par pompage

•consiste à forer jusqu’à la couche imperméable de sol

rayon d’influence (R) = La distance de non effet sur la nappe

mesure de k à l’aide de l’équation (Dupuit 1863) :

1102

122

2lg).(

.3,2rr

hhqk

•pompage continu et régulier écoulement permanent

•niveau stationnaire dans les puits de pompage et d’observation

• mesurer le rabattement dans les puits d’observations

1) circuler l’eau à travers le sol en contact avec la base du tubage

k = q / 2,75 . D . HC

Essai à base d’un tubage de forage

k = p’.C / 60

2 méthodes sont utilisées :

2) essai ponctuel

3) on verse le sable lavé

4) on relève le tubage par paliers

5) on mesure q (niveau d’eau dans le tubage constant)

p’ est la pente de ln (H/Hi) = f (temps)

* à niveau variable : k faible

* à niveau constant : k moyen

mouvements de l’eau dans les sols

ECOULEMENT DE L’EAU

capacité = f(gonflement, retrait) état stationnaire : ppté statique

perméabilité la seule propriété dynamique 

zpgv

.2

2

Par sa pression

terme énergie charge hydraulique ou charge (h)

charges hydrauliques 

Énergie totale (m d’eau)

l’eau en un point donné portequantité d’énergie

par sa position, et par sa vitesse

équation de Bernoulli (énergie totale - MDF)

 1. charge de vitesse :

Charges

2. charge de pression :ou piézomètrique

3.charge d’élévation :ou de position

Charge hydraulique totale :

Perte de charge

associée à l’énergie potentielle la distance de la surface de référence arbitraire

énergie produite par la pression qui s’exerce sur l’eau pression engendrée par la quantité d’eau située au-dessus du point

énergie cinétique dans les sols hV 0

écoulement très lent

hv = v2/2g

hp = p/

he = z

h = hv + hp + he

h = hA – hB

= 3 charges partielles (Équation de Bernoulli)

Diagrammedes charges

Charge d'élévation(he)

h

Calcul

h et h

1/ calcul he

2/ calcul hp

3/ calcul h

4/ calcul h

piézomètre

LES FORCES D’INFILTRATION ET LA BOULANCE

eau exerce une pression sur les particules  : force d’infiltration

proportionnelle à h et i

force d’infiltration  : agit sur la contrainte effective (’)

’ = la pression qui s’exerce entre les particules de sol

écoulement descendant  : contrainte effective augmente

écoulement ascendant  : contrainte effective diminue

risque ’ = 0 état de boulance 

· les particules flottent et ne supportent aucune charge· survient dans les sables et les sables silteux· sables boulants ou mouvants

Poids du sol : ’

Poussée d’Archimède :

Forces d’écoulement

Poids du sol : ’

Poussée d’Archimède :

Forces d’écoulement

)(.. LhhAg c

hAgLAgsat ......

eG

Lhi sc

c

11

'ci

Détermination du gradient hydraulique critique

ic provoque l’état de boulance

Liquéfaction du sol

Fsol + eau

hC = perte de

charge critique

L’état critique :

En égalisant, on obtient :

Et on peut avoir aussi :

où ’ = sat - (déjaugée)

force ascendante

Feau =

Feau

force descendante

P.Réf.

Fsol + eau

LLh satc .).(

]1

..[eSreGs

sat Sachant Sr = 100 %

= ’ /

= G.

Lhc

ci

c

cc

PHh

i

DETERMINATION DE LA PROFONDEUR CRITIQUE

Si on creuse à une profondeur critique Pc

Comme : h = hC + L

Sachant que :

Donc :

Pc = H – (hc / ic)

et L = H - PC

. g. L =

le fond de l’excavation commencera à se souleversous l’effet des forces d’infiltration dues à la perte de charge hc 

profondeur critique  équilibre des pressions 

Psol Peau=

. g. h

Sens écoulement

FACTEUR DE SECURITE 

Pour éviter l’état de boulance (rupture) i < ic

un facteur de sécurité : FS = iC / i 

pour augmenter Fs, il faut :

• soit augmenter la longueur de l’écoulement (enfoncement de la palplanche)

• soit diminuer la perte de charge (rabattement de la nappe)

h

sol

RESEAUX D’ECOULEMENT

1/ Écoulement unidimensionnel

Une méthode graphique

loi de Darcy, pour le calcul du débit  :

est le plus simple

3/ Écoulement bidimensionnel

2/ En réalité, l'écoulement est tridimensionnel

Schématiser l’écoulement de lignes (réseau d’écoulement)

Evaluer débit (Q) et charges (h) et les zones critiques (boulance)

(difficultés)

ALhkqt ..

pt

NPhkq ..

CALCUL DU DEBIT D’INFILTRATION (Unidimensionnel)

Q = qt . Nt

Perte de charge pour chaque tube

h’ = h / Np

L = . Np

débit total 

Par unité de largeur

qt = débit à travers un tube

Q = k. h. P. Nt / Np

Q = k. h. Nt/Np

A = . P =  

Nt = nombre de tubes

NP = nombre de chutes

qt = v .A = k. i. A

1 2 3 4

Débit total :

A= section d’un tube

réseaux d’écoulement bidimensionnel (à main levée)

H

1

3 4 5

2

1

34 5 6

78

9

10

2

5 tubes de courant

Conditions limites

Après dessin à main levée

10 chutes de charge

tube de courant

Chute de charge h' = h/10

Phénomène de Renardlignes de courantlignes équipotentielles

piézomètre

Plan de référence

réseaux d’écoulement bidimensionnel

k = 3.10-5cm/s ; h = 4,8 m; e = 0,82

Gs = 2,0 ; P = 30 m (largeur)

Nt = 5 tubes Np = 10 chutes

h

5

3 2 1

4

1

2

3

45 6

7

8

9

10

Déterminer : hA, hH , Q et Fs

3,3

cm7

cm3,

2cm

1,1cm

AM = 3,3 cm

M

FA = 7 cm = (4,8 / 3,3) x 7

htotale = 4,8 mBE = 3,2 cm = (4,8 / 3,3) x 3,2

chute 10e = 1,1 cm = (4,8/3,3)x1,1

h' = htotale / Np

= 4,8 / 10 = 0,48 m

= 10,18 m= 4,65 m

= 1,6 m

= htotale = 4,8 m

réseaux d’écoulement bidimensionnel

x n

heA = 10,18 m

hN = heN + hpN

Calcul de hA ?

Sachant que : hA =

M

Plan de référence

Calcul de hN ?

Charge totale au point A

hA = 14,98 m

hpAheA +

et hpA = 4,80 mheN =

hpN = hPN –

(4,8 / 3,3) x 2,8 = 4,07m

1

2

34 5 6 7

7 h'

7 cm3,3 cm

2,8 cm

= 4,80 – (7 x 0,48) = 1,44 m

Charge totale en N

hN = 5,51 m

Qtotal = 7,2 x 10-7 m3 /s x 30 m = 2,16 x 10-5 m3 /s par mètre de largeur

93.082.01

170.21

1

e

Gi sc

h’ = 4,8 /10 chutes = 0,48 m

= 1.60 m longueur (maille de sortie)

et

k = 3.10-5cm/s ; h = 4,8 m; e = 0,82

Gs = 2,0 ; P = 30 m (largeur)

de préférence quand Fs 3 il faut enfoncer les palplanches

Fs = ic/i = 0,93 / 0,30 = 3,1

Débit d'infiltration ? 

Coefficient de sécurité ? 

i = 0,48 / 1,60 = 0,30i = h’/

Q = k . h .Nt / Np Nt = 5 tubes   ; Np = 10 chutes

Q = 3.10-7 . 4,8 . 5 / 10 = 7,2 .10-7 m3/s

Fs = ic / i

1 pas de risque

Vitesse d’écoulement

A = aire totale du tube au dessus du sol v = vitesse de descente de l’eau du point (1) au point (2) = k . i

vitesse moyenne d’écoulement vo à travers le sol

vitesse d’approche : ou la vitesse superficielle

vo = vapp / n = k . i / n

Vitesse d’infiltration :

vapp = k . i