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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
cause des incidents hydrauliques observés sur les barrages et les
digues. Sur l’ensemble des barrages qui présentent des
dommages ou des ruptures, dans 46% des cas on trouve un
phénomène d'érosion interne (Foster et al. 2000). En France, 70
cas critiques ont déjà été détecté.
Dans cet article, nous présentons la nouvelle version du
Géomécamètre qui a été adapté pour la mesure de la suffusion du
sol dans les digues. Pour valider les principes théoriques de
fonctionnement du Géomécamètre, il est nécessaire d'utiliser un
sol standard qui est connu, homogène et dont l'état initial est
parfaitement défini. Tous ces paramètres peuvent être mesurés
dans une chambre d'étalonnage. L'essai de ce nouveau dispositif
est réalisé avec une démarche qualité où chaque étape est
soigneusement contrôlée. L'essai en chambre d'étalonnage est la
première opération de contrôle qu’il est nécessaire d’effectuer.
Nous présentons une première série de test de validation de
l’appareil dans des conditions réelles in-situ.
2 DESCRIPTION DU GEOMECAMETRE
2.1 La sonde du géomécamètre
Le prototype de la sonde Géomécamètre est constitué de six
modules différents.
- Le module 0 relie la tige de forage à la sonde.
- Le module 1 : le packer supérieur isole la circulation
hydraulique autour de la sonde de la partie supérieure du forage.
- Le module 2 : il a deux fonctions différentes, l'injection de
l'eau dans le sol et la mesure de la turbidité de l'eau extraite à la
base de la sonde.
- Le module 3 : c'est la partie centrale de la sonde. Ses
fonctions consistent à imposer une pression contrôlée au forage
par l’expansion d’une membrane et à mesurer le déplacement
radial au niveau de la sonde.
- Le module 4 : c'est la cellule de pompage qui sert à extraire
l'eau du sol.
- Le module 5 : le packer inférieur qui isole la circulation
hydraulique autour de la sonde du bas du forage.
La sonde doit répondre à plusieurs spécifications :
- Il doit être possible de démonter les différentes parties pour
les besoins d'entretien de l’appareil (changement de
membrane,…).
- L'indépendance des quatre circulations liquides doit être
assurée, notamment au niveau des liaisons entre les modules
(pompage, injection, pression de l'air, la pression de l'eau).
- La mesure des pressions, des déformations, des débits, de la
turbidité, doit être réalisée numériquement et stockée sur micro-
ordinateur.
- L’expansion de la sonde, ainsi que la mesure de la
déformation doit être possible jusqu’à la pression limite
(doublement du rayon du forage).
2.2 Evolution de la sonde du géomécamètre
Cette nouvelle version du géomécamètre (Figure 2) permet
de déterminer le risque de suffusion du sol, par la mesure de la
turbidité de l’eau extraite, en utilisant une vidéo caméra
embarquée dans le module 2.
3 ÉTUDE THÉORIQUE
3.1 Etude analytique : circulation hydraulique autour de la
sonde géomécamètre
Le Géomécamètre (Figure1) est un appareil qui utilise le flux
hydraulique autour d'une sonde gonflable pour augmenter
localement la contrainte effective verticale dans le plan moyen
de la sonde. La charge hydraulique diminue le long de la
trajectoire lorsque l'eau se déplace dans le sol de la tête jusqu'au
pied de la sonde. Une force est appliquée aux particules de sol
dans la direction de l'écoulement. Dans l’essai au
Géomécamètre, ces forces sont semblables à l'action des forces
de gravité. Cette action peut être considérée comme l'action
inverse de l'écoulement de l'eau de boulance obtenu par la
relation de Terzaghi (Eq.1) :
w w
sat
crit
i
(1)
Figure 1: Le principe de l’essai géomécamétrique
Figure 2: Le Géomécamètre, version 3, juin 2012
Lorsque le coefficient de perméabilité est supérieur à 10
-8
m/s, l'expansion de la sonde n'a aucune influence sur la pression
d'eau interstitielle (Cambou et Bahar, 1993 ; Frank et Nahra,
1986) et la pression effective peut être utilisée, mais si le
coefficient de perméabilité est inférieur à 10
-10
m/s, le test ne
peut pas être effectué car le sol devient non drainé. Une
modélisation numérique de l'essai (Senouci et Monnet 1999)
montre que dans une unité de volume du sol, la force appliquée
par le débit hydraulique peut être estimée au moyen de la
relation (Eq.2). Dans l’essai au Géomécamètre, l'eau est injectée
dans le sol de la cellule d'injection à une pression d'injection (p
i
).
Après circulation dans le sol, l'eau est pompée par la cellule de
