Projet réalisé par groupe de 2 pour la validation du module de géotechnique (année de Master 1) :
Ce projet porte sur la compréhension d'un phénomène de géotechnique : l'innondation de la ville de la Nouvelle Orléans en 2005 suite à la rupture d'une digue.
Pour ce faire, une étude du sol, une analyse des pressions engendrant la rupture, des calculs de poussée et butée ainsi qu'une proposition de solution ont été réalisé.
Composition du sol :
Le sol de la digue est composé de six couches (de haut en bas) :
- Couche 1 : Argile limoneuse brune
- Couche 2 : Argile limoneuse grise
- Couche 3 : Dépôts marécageux / tourbière (variant de quelques mètres jusqu’à 2,5 m d’épaisseur)
- Couche 4 : Dépôts de marais et d’argile intercalés (même épaisseur)
- Couche 5 : Argile grise molle
- Couche 6 : Sable
Le phénomène étudié :
Les analyses accomplies par l’équipe indépendante enquêtant sur la digue (ILIT, 2006) ont relevé une défaillance concernant des déplacements transversaux côté canal, la digue étant poussée latéralement par l’élévation du niveau de l’eau. Ces pressions latérales ont créé une ouverture, sur le côté du canal, entre les palplanches supportant la paroi en béton et le sol ; permettant une infiltration de l’eau et ainsi, une augmentation des contraintes latérales s’exerçant sur les palplanches. Ce phénomène a donc séparé la digue en deux parties amenant à une spectaculaire augmentation des forces horizontales et une diminution de la résistance latérale du sol.
3 situations différentes :
Situation A :
Il s’agit de la situation normale où le niveau de l’eau dans le canal est à son niveau initial (z=0m ; niveau de référence sur le schéma 1).
L’écran est uniquement en contact avec les différentes couches de sol (3 couches). Côté canal, l’écran est soumis à des efforts horizontaux en poussée, dus aux terres. Il y a également des forces de poussées dues à l’eau présente dans les interstices des différentes couches, le sol étant saturé ; ce sont des pressions interstitielles. Du côté protégé, l’écran est soumis uniquement aux efforts en butée, dus au sol. On suppose qu’il n’y a pas de nappe phréatique proche de l’écran du côté protégé, ainsi il n’y a pas de pressions interstitielles. Ces efforts en butée doivent être supérieurs aux efforts en poussées du côté canal, ainsi la structure est en équilibre.
La partie aérienne ne subit, elle, aucun effort dans cette configuration.
Situation B :
Il s’agit de la situation de crue. Le niveau de l’eau a augmenté de 2,6 m (8,5 ft) par rapport au niveau initial. (voir schéma 2)
La partie enterrée de l’écran est soumise aux mêmes efforts en poussée dus au sol mais ceux dus à la poussée de l’eau ont augmenté.
Dans cette configuration, la partie aérienne de l’écran est en contact directe avec l’eau de la crue, ainsi il subit des contraintes supplémentaires. Ces forces tendent à pousser l’écran vers le côté protégé.
Situation C :
Il s’agit de la situation de crue avec la configuration accidentelle. À ce stade, les poussées de l’eau sur la partie aérienne de l’écran ont provoqué l’ouverture d’une brèche entre l’écran et le sol permettant à l’eau de s’infiltrer. C’est cette infiltration de l’eau dans la brèche (qui s’agrandit au fur et à mesure que l’eau s’infiltre) qui est à l’origine de la ruine de la digue. (vois schéma 3)
L’eau atteignant les fondations de la palplanche, les efforts en poussée dus à l’eau sur le bas de la palplanche dépassent alors ceux des terres en butée du côté protégé (la pression de l’eau augmente en fonction de la profondeur : répartition triangulaire). De plus, la dernière couche en contact avec l’écran est une couche très perméable induisant de grandes pressions interstitielles. Donc la pression de l’eau soulève et bascule l’écran à sa base tout en le poussant vers le côté protégé (voir schématisation en rouge, sur le schéma 3bis, de l’écran basculant et étant poussé du côté protégé).
Calculs de poussée / butée :
Hypothèses pour la modélisation :
Afin d’effectuer les calculs pour les 3 situations, nous avons pris les hypothèses suivantes :
- les écoulements sont longs
- étude à court terme (pas de perte de charge)
- étude quasi-statique
- la digue est au même niveau de part et d’autre de l’écran
- la surface des couches est horizontale donc b = 0
- l’écran est vertical donc l = 0
- sols saturés, non drainés
- Bmobilisée = ½ Bmobilisable (hypothèse nécessaire pour atteindre l’état limite en butée)
Géométrie fixée :
Cacul de l'effort de butée :
Calcul de l'effort de poussée :
(ici, la situation A est présentée, les situations B et C ont été calculé de la meme façon)
Solution d'amélioration :
Nous avons recalculé à nouveau les efforts de poussée et butée en ajoutant 2 m supplémentaire en profondeur pour la palplanche. Nous avons ainsi démontré que l'ajout de ces 2 m apporte beaucoup plus de stabilité à la digue ; l'innondation n'aurait pas eu lieu.
