chapitre ii prÉparation et traitement de la fondation...

CHAPITRE II GCI 735 - OUVRAGES EN TERRE

CHAPITRE II

ÉPRÉPARATION ET TRAITEMENT DE LA FONDATIOND’UN BARRAGE EN REMBLAI


2.1 Type de fondation2.1 Type de fondation

Les explorations au site du barrage fournissent des informations quant à l’épaisseur et la nature du mort-terrain et aussi quant aux ouvertures dans le socle rocheux (fissures, joints, feuilles, etc.).

À ti d i f ti t i t i b d diti À partir de ces informations, on peut envisager un certain nombre de conditions :a) rocher pratiquement en surface,b) faible épaisseur de mort-terrain,c) épaisseur importante de mort-terrain.

L’importance de l'épaisseur de mort-terrain doit être appréciée en tenant compte de la hauteur du barrage.

2.2 Préparation et traitement d’une fondation de mort-terrain

1) Terre végétale en surface : compressible- enlever sous le noyau et filtres,- souvent sous la partie centrale du barrage.

2) Sous-sol :dé ôt l idépôts granulaires

- densité : si lâche en région sismique densification en place (ex. vibroflotation, compactagedynamique)

- perméabilité : coupure si trop perméable et étude des infiltrations.dépôts argileuxp g

- laissés en place seulement pour digues de faibles hauteurs (≤ 20 m)- étude de la stabilité,- étude des tassements,- étude de la transmissibilité des pressions sous la couche argileuse.

2Dans le cas ‘a’ (roc pratiquement en surface), la préparation de la fondation consiste à nettoyer et traiter la fondation rocheuse.


2 2 Préparation et traitement d’une fondation de mort terrain (suite)2.2 Préparation et traitement d’une fondation de mort-terrain (suite)

Dans le cas ‘b’ et ‘c’, une décision devra être prise quant à l’excavation ou non du mort-terrain jusqu’au socle rocheux selon les coûts. Les coûts doivent tenir compte de l’excavation et du remplacement Les principaux facteurs à considérer pour évaluer la possibilité de laisser le mort-remplacement. Les principaux facteurs à considérer pour évaluer la possibilité de laisser le mortterrain en place sont :

- la stabilité de la fondation,- les tassements,

l t i ibilité d l f d ti- la transmissibilité de la fondation,- les possibilités et coûts de traiter la fondation en place.

2.3 Solution mixte

Excavation du mort terrain seulement sous le noyau. Afin debien ancrer le noyau dans le dépôt de mort terrain, une clé de faible profondeur est généralement placée sous le noyau. Cette clé peut être prolongée pour traverser une couche perméable ou peu compétenteperméable ou peu compétente.

Lorsque l’excavation sous le noyau est réalisée à des profondeurs relativement grandes pour remplacer un sol de fondation trop perméableou trop mou, il faut s’assurer que les tassements différentiels de la fondation non excavée seront tolérables.

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2.4 Critères de conception – traitement de fondation de rocp2.4.1 Généralités

Le traitement du roc sous les remblais vise les objectifs suivants :

é é éa) assurer l’étanchéité au contact du noyau avec le roc;b) uniformiser la distribution des contraintes dans le remblai de manière à éviter le développement de

zones de tension ou de faible compression résultant d’effets de voûte ou de tassements différentiels;c) assurer l’étanchéité, la permanence et la rigidité des appuis rocheux;d) assurer la stabilité du remblai en corrigeant les pentes adverses trop prononcées;) g p p p ;e) assurer un contact positif (compression) entre le remblai et les appuis rocheux en évitant les

divergences excessives;f) empêcher toute migration des particules fines du matériaux de remblai à travers les fissures de la

fondation rocheuse sous l’action de l’eau d’infiltration. La nature du traitement sera donc fonction des matériaux du remblaimatériaux du remblai.

Pour atteindre ces objectifs, il est nécessaire de prévoir trois types de travaux :- remodelage des appuis rocheux;- injections et drainage;

i d f- traitement de surface.En principe, ces travaux doivent être exécutés dans l’ordre d’énumération, mais ce principe peut souffrir de nombreuses exceptions suivant le genre de travail requis dans chaque cas.

2.4.2 Remodelageg

Le remodelage des appuis rocheux est requis pour corriger les situations suivantes :

a) Divergence des appuis rocheux (Fig. 1)La divergence d’un appui existe lorsque son orientation moyenne dans un plan horizontale fait un angle

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La divergence d un appui existe lorsque son orientation moyenne dans un plan horizontale fait un angle obtus vers l’aval par rapport à l’axe de l’ouvrage. Elle doit être corrigée seulement dans la zone de contact du noyau tout en prévoyant une transition appropriée (maximum 45o) pour rejoindre l’appui naturel dans les zones adjacentes (filtres et transitions, Fig. 1).


2.4.2 Remodelage (suite)g ( )

Les divergences inférieures à 5 degrés ou dont l’étendue mesurée suivant l’axe de l’ouvrage, le long de la surface de contact, n’excède pas la moitié de la largeur du noyau à cet endroit, ne nécessite pas de correction (Fig. 1).

b) Pente vers l’aval dans la zone de contact du noyau (Fig. 2 à Fig. 4)Une pente vers l’aval existe lorsque l’inclinaison moyenne de l’appui rocheux dans un plan vertical perpendiculaire à l’axe de l’ouvrage est vers le bas dans le sens amont vers l’aval.

C tt t l’ l d it êt i é l t d l d t t d l l’i li i Cette pente vers l’aval doit être corrigée seulement dans la zone de contact du noyau lorsque l’inclinaison moyenne vers le bas excède 5H:1V (11o). Le roc doit être excavé de façon à fournir une transition (maximum 1H:1V) dans la zone adjacente amont pour rejoindre l’appui naturel (Fig. 2 et 3). Du côté aval, le béton pourra être placé à l’angle usuel de 70o (Fig. 4).

c) Inclinaison excessive des appuis sous les épaulements (Fig. 5) Il y a inclinaison excessive d’un appui rocheux lorsque la surface de glissement passant au contact de cet appui donne un facteur de sécurité inférieur à celui spécifié. La conception des ouvrages a été définie par rapport à un plan normal et elle doit respecter le facteur de sécurité minimum. La figure 5 ci-jointe montre que pour la même inclinaison le facteur de sécurité peut varier relativement à la disposition de la montre que pour la même inclinaison le facteur de sécurité peut varier relativement à la disposition de la structure.

Dans le cas où le facteur de sécurité est inférieur à celui requis, les correctifs suivants peuvent être appliqués (Fig. 5)

- raidissement local des pentes extérieures du remblai- addition de bermes;- réduction de l’inclinaison des appuis.

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Les solutions comme la réduction de la largeur de la crête ou le raidissement des pentes peuvent être considérées localement, mais la stabilité des coupes types ainsi modifiées doit être vérifiée dans tous les cas et répondre aux facteurs de sécurité minimum.


FIG. 1 - DIVERGENCE DES APPUIS ROCHEUXFIG. 1 DIVERGENCE DES APPUIS ROCHEUX

6Source : SEBJ


FIG. 2 - PENTE VERS L’AVALFIG. 2 PENTE VERS LAVAL

NOTE 1DANS CERTAINS CAS, LA PENTE MOYENNE POURRA ÊTRE ADOUCIE EN ÉLARGISSANT LOCALEMENT LEEN ÉLARGISSANT LOCALEMENT LENOYAU (VOIR FIG. 4)

7Source : SEBJ


FIG. 3 - CAS D’INCLINAISON EXCESSIVE (NOYAU)FIG. 3 CAS D INCLINAISON EXCESSIVE (NOYAU)

8Source : SEBJ


FIG. 4 - CAS D’INCLINAISON EXCESSIVE (NOYAU)FIG. 4 CAS D INCLINAISON EXCESSIVE (NOYAU)

REMARQUECOUPE TYPE MODIFIÉE ET BÉTON DE COUPE TYPE MODIFIÉE ET BÉTON DE REMPLISSAGE AJOUTÉ POUR DIMINUER LA PENTE MOYENNE VERS L’AVAL. SUIVANTL’ÉLARGISSEMENT DU NOYAU UN ANGLE B LÉGÈREMENT SUPÉRIEUR À 11o PEUT ÊTRE TOLÉRÉ

9Source : SEBJ


FIG. 5 - CAS D’INCLINAISON EXCESSIVE (ÉPAULEMENT)FIG. 5 CAS D INCLINAISON EXCESSIVE (ÉPAULEMENT)

PLAN NORMALF.S. CALCULÉ ≥ F.S. REQUIS

ACCEPTABLE SI TRÈS LOCAL

RAIDISSEMENT LOCALOU DEPLACEMENT DE L’AXE

BERME

10Source : SEBJ


2.4.2 Remodelage (suite)

d) Profil longitudinal trop abrupt (Fig. 6 et Fig. 7)

Pour respecter les objectifs énoncés au début de cet article, le profil des appuis rocheux suivant l’axe de l’ouvrage doit être le plus uniforme possible. Ce principe fondamental doit être considéré lors de la définition de toutes les corrections apportées aux appuis. Toutefois, ceci n’est pas suffisant et des corrections additionnelles sont requises dans les conditions suivantes :

- Dans la zone de contact du noyau et des transitions, tout surplomb et toute pente de plus de 70o doit être corrigé de manière à ne pas excéder ce maximum sauf lorsque la hauteur de la pente est être corrigé de manière à ne pas excéder ce maximum sauf lorsque la hauteur de la pente est inférieure à 1,5 m et sa longueur inférieure à la moitié de la largeur du noyau;

- Sous les épaulements tout surplomb doit être éliminé.

e) Variations locales (Fig. 8)

Toutes les corrections ont été définies par rapport à un plan moyen. Les variations de profil à l’intérieur d’une zone doivent être corrigées lorsque leurs dimensions sont grandes par rapport à celles de la zone, c’est-à-dire, plus du quart de la dimension linéaire ou de la surface considérée.

éf) Dépressions profondes (Fig. 9 et Fig. 10)

Occasionnellement, des dépressions linéaires ou circulaires très profondes sont rencontrées dans le fond de la rivière ou de la vallée recoupée par l’ouvrage de retenue. Lorsque ces dépressions s’étendent dans la direction parallèle ou perpendiculaire à l’axe de l’ouvrage, il faut remplir le fond de la dépression avec du p p p g , p pbéton et (ou) excaver la partie supérieure suivant la géométrie de la dépression, afin de réduire au minimum l’effet de voûte.

Quelques exemples de traitement des dépressions profondes sont illustrés sur les figures 9 et 10.

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FIG 6 - PROFIL LONGITUDINAL TROP ABRUPTFIG. 6 PROFIL LONGITUDINAL TROP ABRUPT

REMARQUEPOUR LES COUPES VOIR FIG. 7

12Source : SEBJ


FIG 7 - PROFIL LONGITUDINAL TROP ABRUPTFIG. 7 PROFIL LONGITUDINAL TROP ABRUPT

REMARQUEPOUR LA VUE EN PLAN VOIR FIG. 6

13Source : SEBJ


FIG 8 - VARIATIONS LOCALES FIG. 8 VARIATIONS LOCALES

Faille Largeur : xExcavation dentaire : 3x et remplissage avec du béton

14Source : SEBJ


FIG 9 - DÉPRESSIONS PROFONDES H ≥ 2X FIG. 9 DÉPRESSIONS PROFONDES H ≥ 2X

EXCAVATION BÉTONNAGEEXCAVATION BÉTONNAGE

REMARQUELE CHOIX DU TRAITEMENT DÉPENDDE LA GÉOMÉTRIE DU SILLON ET DESCONDITIONS GÉOLOGIQUES

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CONDITIONS GÉOLOGIQUES

Source : SEBJ


FIG 10 - DÉPRESSIONS PEU PROFONDES (H ≤ 2X) FIG. 10 DÉPRESSIONS PEU PROFONDES (H ≤ 2X)

16Source : SEBJ


2 4 2 Remodelage (suite)2.4.2 Remodelage (suite)

g) Traitement type des appuis

Le remodelage des appuis rocheux s’effectue par excavation et par bétonnage. Lorsque les systèmes de joint sont peu nombreux et d’orientation favorable un dynamitage contrôlé peut être exécuté avant les joint sont peu nombreux et d’orientation favorable, un dynamitage contrôlé peut être exécuté avant les injections et le traitement de surface. Lorsque le roc est très fracturé, de l’équipement mécanique doit être utilisé pour l’excavation si celle-ci demeure préférable. Elle sera nécessairement suivie d’un bétonnage de surface.

Le béton de remplissage peut être mis en place à l’intérieur de coffrages ou peut être projeté. Le contact entre le béton coffré et le roc doit être injecté après la prise du béton. En général, le béton projeté est utilisé pour corriger de grandes surfaces requérant un petit volume de béton. Dans le cas inverse, des coffrages sont utilisés.

Les divers cas mentionnés ci-dessus sont illustrés sur les figures 1 à 10.

2.4.3 Injection et drainage

L’injection et le drainage des appuis rocheux sont requis pour les fins suivantes :- contrôler la percolation;- confiner et empêcher l’érosion des matériaux meubles contenus dans les fissures et joints;- réduire la pression interstitielle à l’aval du rideau;- consolider le roc de fondation.

Toutefois, le roc de la baie James qui fait partie du Bouclier canadien est de très bonne qualité et requiert en général un traitement minimum. L’injection de consolidation et le drainage ne seront donc requis que pour des cas exceptionnels et seront inclus dans ce document pour qu’il soit complet. Le contrôle de

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pour des cas exceptionnels et seront inclus dans ce document pour qu il soit complet. Le contrôle de l’infiltration est requis en cours d’injection si une pression artésienne est observée. Les critères de conception des travaux d’injection généralement requis sont décrits ci-après :


2.4.3 Injection et drainage (suite)j g ( )

a) Procédure d’injection

La procédure détaillée d’injection fait partie des devis et n’a pas sa place dans le présent manuel. Cependant les normes générales suivantes doivent toujours être respectées :Cependant, les normes générales suivantes doivent toujours être respectées :

- l’injection doit être précédée d’un lavage du trou d’injection pour enlever la boue de forage et nettoyer les fissures dans le roc;

- l’injection doit toujours se faire dans un roc gelé;l d it i j té d it êt él d i t t d’ t ti t it t - le produit injecté doit être un mélange de ciment et d’eau avec un agent anti-retrait et occasionnellement du sable et d’autre additifs;

- la pression d’injection, mesurée au sommet du trou, ne doit pas excéder 25 kPa par mètre de profondeur;

- l’injection doit être poursuivie jusqu’à ce que le taux d’absorption d’un coulis dont le rapport eau-ciment est de 5:1 soit moins de 13,5 L par 10 minutes, à la pression maximum permise pour le stage d’injection. Ce taux d’absorption doit être considéré comme critère de refus;

- la fermeture de la ligne ou du rideau d’injection est obtenue lorsque l’absorption totale pour chaque passe de 3 m n’excède pas 0,1 m3 de coulis (5:1) dans deux trous adjacents dont l’espacement n’excède pas celui des trous primaires Chaque fois que l’absorption dépasse cette limite dans un n excède pas celui des trous primaires. Chaque fois que l absorption dépasse cette limite dans un trou, deux trous additionnels doivent être forés de part et d’autre de celui-ci à mi-distance des trous adjacents à une profondeur dépassant 3 m le niveau d’absorption qui a été constaté, jusqu’à l’obtention du critère de fermeture.

b) Injections de tapis (Fig 12 à Fig 14)b) Injections de tapis (Fig. 12 à Fig. 14)

Les injections de tapis sont requises pour assurer l’étanchéité du roc sous le noyau imperméable de l’ouvrage de retenue dans la zone de relaxation où les joints sont souvent ouverts et plus nombreux. En principe, le patron d’injection doit être fonction de la profondeur de la zone de relaxation, de l’espacement

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des joints et de la charge d’eau. En pratique, le patron minimum adopté aura généralement des trous primaires de part et d’autre du rideau d’étanchéité, espacés de 6 m et ayant une profondeur de 8 m. Le nombre de rangées de trous varie avec la charge d’eau.



Charge d’eau (m) Nombre de rangées d’injection

0 à 25 m 0

à25 à 60 m 2

60 m et plus Zone de contact du noyau à l’intérieur des limites montrées sur les figures 12 et 14 couverte avec des trous de 8 m de profondeur et espacés de 6 m c/c

Lorsque la charge d’eau est supérieure à 60 m, le nombre de rangées doit être suffisant pour couvrir toute la surface du noyau incluant un dépassement possible sous la limite amont du filtre aval.

Les trous seront en général verticaux. Localement, des trous inclinés pourront être requis pour recouper certains joints d’orientation particulière.

c) Injections de rideau (Fig. 11 à Fig. 14)

En général, les zones d’absorption ne peuvent être décelées dans le roc en profondeur lors des explorations. Les trous d’injection profondes jouent donc un rôle d’exploration. Leur profondeur doit être égale au tiers de la charge d’eau avec un minimum de 8 m.

L’axe des injections profondes est celui de l’ouvrage lorsque le noyau centrale est symétrique, il ne doit jamais être à l’aval du milieu du noyau. Il est situé au tiers amont du noyau lorsque celui-ci est incliné. Dans le cas de clé au roc, l’injection est au centre du noyau ou de la clé.

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Charge d’eau (m) Nombre de rangées d’injection

0 à 8 m 8 m à 12 m c/c

à à8 à 25 m 8 m à 6 m c/c

25 à 60 m Les injections profondes sont exécutées sur une rangée localisée entre les deux rangées d’injection de tapis. Les trous sont espacés de 6 m minimum et disposés en

i t é d’i j ti d t iquinconce par rapport aux rangées d’injection de tapis

60 m et plus Les injections profondes sont exécutées sur une rangée avec un espacement maximum de 6 m, chaque trou étant localisé à mi-chemin entre deux trous adjacents d’une des rangées d’injection de tapisd une des rangées d injection de tapis

2.4.4 Traitement de surface

Le traitement de surface est requis dans les zones de contact du noyau, des filtres et transitions après q y , pexcavation du roc lâche. Ce travail comprend les éléments suivants :

a) Nettoyage de la surface de contact du noyau des filtres et des transitionsLa surface du roc doit être nettoyée comme pour la mise en place de béton avec balais, des jets d’air et d’eau Ceci permet de bien identifier les défauts à corriger tel que décrit plus loin et d’éviter la présence d eau. Ceci permet de bien identifier les défauts à corriger tel que décrit plus loin et d éviter la présence d’un plan de faiblesse au contact du remblai avec le roc.

b) Nettoyage sous les épaulement

S l é l t tt à l hi t é é l t ffi t

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Sous les épaulement, nettoyage à la machine est généralement suffisant.


FIG 11 - INJECTION NOYAU VERTICAL FIG. 11 INJECTION NOYAU VERTICAL

h: 0 à 8 m h: 8 à 25 m

21Source : SEBJ


FIG 12 - INJECTION NOYAU VERTICAL FIG. 12 INJECTION NOYAU VERTICAL

h: 25 à 60 m h: plus de 60 m

22Source : SEBJ

h: 25 à 60 m


FIG 13 - INJECTION NOYAU INCLINÉFIG. 13 INJECTION NOYAU INCLINÉ

h: 0 à 8 m h: 8 à 25 m

23Source : SEBJ


FIG 14 - INJECTION NOYAU INCLINÉ FIG. 14 INJECTION NOYAU INCLINÉ

h: 25 à 60 m h: plus de 60 m

24Source : SEBJ

h: 25 à 60 m


c) Zones de faille et de cisaillementc) Zones de faille et de cisaillement

Les zones de faille et de cisaillement sous les noyau, filtres et transitions doivent être excavées jusqu’à une profondeur égale à trois fois la largeur de la zone impliquée ou jusqu’au roc sain. Le matériau excavé doit être remplacé par du béton de remplissage ou du béton placé sec (Fig. 8 et Fig. 15).

Lorsque ces accidents géologiques sont rencontrés sous l’épaulement amont et qu’ils traversent le noyau, le traitement est le même que pour les zones centrales. Lorsqu’ils apparaissent sous l’épaulement aval, après nettoyage un traitement avec des filtres inversés appropriés est requis.

d) Fissures et joints ouverts

Dans les aires de contact du noyau et du filtre aval, les fissures et les joints ouverts doivent être nettoyés aussi bien que possible et colmatés avec du mortier liquide ou du béton placé sec (Fig. 15).

c) Roc très fragmenté

Des zones de roc fortement fracturé peuvent être rencontrées dans les appuis rocheux. Lorsque ces zones se situent dans l’aire de contact du noyau et du filtre aval, les petites fissures du roc doivent être remplies en balayant du mortier liquide sur la surface préparée pour la mise en place du remblai Dans le cas de en balayant du mortier liquide sur la surface préparée pour la mise en place du remblai. Dans le cas de fissures profondes, le roc doit être recouvert de béton projeté ou d’une dalle de béton suffisamment épaisse pour permettre les injections de consolidations, si requis.

f) Marmites et cavités

Les marmites et cavités de petites dimensions rencontrées dans les zones du noyau et des transitions doivent être nettoyées et remplies de béton de manière à obtenir une surface d’appui rocheux aussi uniforme que possible. Lorsque leurs dimensions sont importantes, sans toutefois atteindre les limites définies à l’article intitulé ‘ remodelage’, le remplissage peut être limité à ce qui est requis pour obtenir une

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définies à l article intitulé remodelage , le remplissage peut être limité à ce qui est requis pour obtenir une surface contre laquelle les matériaux de remblai peuvent être mis en place conformément aux stipulations du devis technique. Lorsque le coût d’excavation d’une marmite s’avère prohibitif, d’autre solutions, tel que le traitement des matériaux de remplissage, peuvent être envisagées.


FIG 15 - TRAITEMENT TYPE DES APPUISFIG. 15 TRAITEMENT TYPE DES APPUIS

g) Sillon et dépression profondes

Les sillons et dépressions profondes rencontrés dans la zone du noyau des filtres et des transitions doivent être remodelés, nettoyés et remplis de béton de manière à obtenir une surface d’appui rocheux aussi étanche continue et uniforme que possible (Fig 9)

26Source : SEBJ

étanche, continue et uniforme que possible (Fig. 9)

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