Guide stabilité des écluses - Direction technique Eau, mer et fleuves

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direction
de l’Infrastructure
et de l’Environnement
outils
Guide stabilité des écluses
Centre
d’Études
Techniques
Maritimes
Et Fluviales
Sommaire
Sommaire
Éléments de fonctionnement, de dimensionnement
et d’évaluation de l’état d’une écluse . . . . . . . . . . .
3
Éléments de fonctionnement d’une écluse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
8 Principes de fonctionnement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
8 Types d’écluse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
8 Description de quelques éléments constituant une écluse . . . . . . . . . . . .
6
Éléments de dimensionnement d’une écluse . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
8 Circulations hydrauliques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
8 Éléments de dimensionnement des bajoyers . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
8 Éléments de dimensionnement des radiers . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
8 Conclusion
16
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Éléments d’évaluation de l’état et du comportement d’une écluse avant et pendant . .
8 Dégradation naturelle et physico-chimique des matériaux
17
. . . . . . . . . . .
17
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
8 Les actions de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
8 Les sollicitations mécaniques
Réalisation d’une vidange d’entretien . . . . . . . . . . .
29
Définition des étapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
8 Géométrie générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
8 Données du site
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
Synthèse n°1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
8 Travaux antérieurs - Archives
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 Expériences précédentes de vidanges
34
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
8 Observations sur l’état de l’écluse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
Synthèse n°2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
8 Réflexion – Faisabilité de la vidange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
8 Investigations complémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
8 Travaux de confortement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
8 Déroulement de la vidange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
Fiche de suivi de la méthodologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Exemple d’application de la méthodologie
« vidange du sas d’une écluse » . . . . . . . . . . . . . .
49
Fiche n°1 : Écluse de Port à l’Anglais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Fiche n°2 : Écluse n°2 de Damery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Fiche n°3 : Écluse des Quatre Cheminées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
Voies navigables de France - Guide stabilité des écluses | 1
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Éléments de fonctionnement,
de dimensionnement
et d’évaluation de l’état
d’une écluse.
Cette partie est constituée de trois chapitres et aborde de
manière générale le fonctionnement d’une écluse.
8Le premier chapitre présente les schémas type d’écluses
et les différentes configurations qu’elles peuvent avoir
par rapport à la voie d’eau.
8Le second chapitre comporte quelques éléments
permettant d’appréhender le dimensionnement de
certaines parties de l’écluse.
8Le troisième détaille les éléments à observer en
particulier afin d’établir un prédiagnostic concernant
l’état de l’écluse.
Éléments
de fonctionnement
d’une
écluse
Principes de fonctionnement
Les écluses à sas, dont la première fut construite au XIVe siècle
aux Pays-Bas, permettent aux bateaux de franchir des dénivelés du plan
d’eau (permanents sur les voies d’eau intérieures, temporaires et liés à la
marée sur les voies d’eau littorales en liaison avec la mer).
Les dénivelés (« hauteur de chute ») varient dans de grandes proportions et
peuvent atteindre 35 m (34,5 m à Carrapatelo sur le Douro au Portugal) voire
plus (42 m à Ust-Kamenogorsk en Russie). En France, c’est l’écluse de Bollène
sur le Rhône qui est la plus grande avec 23 m de hauteur de chute.
Le développement de la voie d’eau au XIXe siècle (gabarit « Freycinet ») s’est
accompagné de la création de nombreux ouvrages de ce type avec des
hauteurs de chute de l’ordre de quelques mètres. Actuellement ce sont ces
ouvrages qui sont les plus nombreux. D’autres écluses plus importantes
ont été construites par la suite, les dernières sur le canal du Nord, dans les
années 60, dont la hauteur de chute varie de 4 à 8 m.
Le fonctionnement d’une écluse consiste à moduler le niveau d’eau
dans le sas de façon gravitaire :
8 Fermé et mis en relation avec le bief amont (par vantelles
ou aqueducs), son niveau monte jusqu’au niveau amont et
l’ouverture des portes amont permet soit à un bateau « avalant »
d’entrer dans le sas, soit à un bateau « montant » de sortir.
8 Fermé et mis en relation avec le bief aval (par vantelles ou
aqueducs) son niveau descend jusqu’à celui du bief aval et
l’ouverture des portes aval permet soit à un bateau « montant »
d’entrer dans le sas, soit à un bateau « avalant » de sortir.
Types d’écluse
Dans la suite du rapport, le type d’écluse n’est pas un paramètre majeur
dans l’analyse de la stabilité durant la mise à sec. Toutefois, en guise
d’exemple et afin de synthétiser le vocabulaire nécessaire, la structure
générale d’une écluse de type Freycinet est présentée (figure 1).
Ces écluses présentent une longueur de 39 à 42 m et une largeur de 5,2 à
6 m. Les dimensions du bateau Freycinet sont quant à elles de 38,5 m de
long, 5,05 m de large et 2, 2 m d’enfoncement maximal.
4 | Guide stabilité des écluses - Voies navigables de France
Tableau 1 : Voie \ Ecluse
Largeur (m)
Hauteur de chute (m)
Moselle canalisée
Longueur (m)
176
12
4.3
3,50
Canal latéral à l’Oise
100
12
3.1
3,50
Deûle
144,6
12
__
4,20
91,6
6
4à8
3,00
Canal du Nord
Mouillage* (m)
8 Mouillage =
enfoncement + pied de pilote
8 Enfoncement =
profondeur du bateau
8 Tirant d’eau = enfoncement
Figure 1 : Schéma d’une écluse de type Freycinet.
Berge
Bief amont
Facteurs
Contre-fosse de drainage
Estacade de guidage
Vantelle
Tête amont
Crémaillère
Cabine de commande
Porte busquée
(deux vantaux)
Entretoise
Faux-busc
Mur de chute
Busc
8 Un des facteurs importants est
l’emplacement de l’écluse par
rapport au cours d’eau ou au
canal. On peut ainsi distinguer
(figure 2) :
4les écluses en canal.
4Les écluses en rivière accolées
au barrage.
4Les écluses en rivière
implantées en dérivation.
Radier
Bajoyer
Chardonnet
Sas
Bitte d'amarrage
Rainure
à batardeau
Tête aval
Echelle
limnimétrique
Enclave de vantail
Mur de garde
Chambre des vantaux
Faux-busc
Perré
La distinction est nécessaire car
suivant l’emplacement de l’écluse,
les écoulements hydrauliques
ainsi que les efforts transmis à la
structure sont différents.
8 Le second facteur est la hauteur
de chute qui conditionne ensuite
la hauteur des bajoyers.
8 Le troisième facteur est le
mouillage qui conditionne les
efforts dus à la masse d’eau
intérieure au sas qui s’exercent
sur les bajoyers et le radier et qui
s’annulent lors de la vidange
Éléments de fonctionnement, de dimensionnement et d’évaluation de l’état d’une écluse
Le tableau 1 synthétise quelques exemples d’écluses sur le territoire français.
Musoir
Mur de fuite
Estacade de guidage
Bief aval
Figure 2 : Position de l’écluse
Figure 2a : Écluse en canal
Figure 2b : Écluse en rivière en dérivation
Figure 2c : Écluse en rivière accolée à un barrage.
Description de quelques éléments constituant une écluse
il est nécessaire de rappeler que
sauf conception exceptionnelle,
une écluse constitue une structure
étanche.
Un plan détaillant précisément la structure d’une écluse à sas est
présenté figure 3. La suite de cette partie permet de revenir sur 5 éléments
particuliers : les bajoyers, le radier, les têtes et leur rainure de batardeau,
les portes et le système d’alimentation. Cette description est bien-sûr
incomplète puisque des parties comme les bassins d’épargne ou les stations
de pompage ont été volontairement omises, mais elle se focalise avant tout
sur les éléments mécaniques de l’écluse qui jouent un rôle dans la stabilité
de celle-ci.
Bajoyers
Les bajoyers sont fonctionnellement conçus comme des soutènements
et peuvent donc être soit des murs poids, soit des rideaux. Ils présentent
donc des formes diverses et variées. Ils sont dans la majorité des cas en
maçonnerie mais ils peuvent être en béton armé ou non ou encore en acier
dans le cas de rideaux de palplanches. Ils peuvent présenter un fruit plus
ou moins important. Leur épaisseur dépend de la hauteur et de la nature
de terrain qu’ils soutiennent, de la hauteur d’eau minimale qui a été prise
en compte dans le dimensionnement et du fait qu’ils peuvent être tirantés
ou non. La manière dont ils sont liés ou non au radier est encore une autre
variable. Ces deux structures peuvent être totalement encastrées l’une dans
l’autre ou inversement être entièrement disjointes. La liaison bajoyer-radier
influe fortement sur le comportement mécanique du sas.
Radier
L’absence de radier peut se
rencontrer en cas de fondation
au rocher (imperméable) ou de
volonté particulière impliquant alors
l’impossibilité de vidange complète
du sas.
Le radier joue le rôle d’étanchéité et éventuellement de répartition
des efforts sur le sol sous-jacent (semelle) et/ou de buton aux bajoyers.
En cas de liaison aux bajoyers, il participe au soutènement des terres.
L’absence de radier peut se rencontrer en cas de fondation au rocher
(imperméable) ou de volonté particulière impliquant alors l’impossibilité
de vidange complète du sas.Les radiers possèdent aussi des natures et des
formes variées. Ils peuvent être plans ou en forme de voûte inversée, munis
ou non d’évents. Le radier peut constituer une fondation superficielle. Dans
d’autres cas, le radier peut être mis en œuvre sur des pieux. Le radier est le
plus souvent en maçonnerie, en bois ou en béton armé ou non. La manière
dont il peut être relié aux bajoyers est une caractéristique importante :
encastré, appuyé, disjoint voire flottant.
Portes
Les différents types de portes qui peuvent être distingués dépendent
surtout de la manière dont elles fonctionnent (en rotation et suivant quel
axe ou en translation et suivant quelle direction) :
8 axe de rotation vertical : portes busquées, portes à un seul vantail,
portes secteurs,
8 axe de rotation horizontal : portes tournantes et portes segments,
8 translation horizontale : portes levantes,
8 translation verticale : portes roulantes.
Les portes busquées sont les plus courantes.
Il est à noter que le type de porte conditionne la forme des têtes
et donc de manière indirecte le comportement mécanique de ces dernières.
Les têtes amont et aval de l’écluse ont le même type de comportement et
les mêmes caractéristiques (nature des matériaux, forme) que les bajoyers.
Ce sont des soutènements reprenant en plus les efforts dus aux portes.
Les rainures de batardeau permettent d’insérer les batardeaux dans la
structure de l’écluse.
L’interaction entre le batardeau, la rainure et la tête est extrêmement
sensible car des efforts relativement importants s’exercent sur des surfaces
de contact relativement restreintes. En particulier, il faut veiller à tout
défaut géométrique qui pourrait entraîner une concentration de contrainte
susceptible de dégrader l’écluse.
Figure 3 : Écluse à sas (D’après le rapport final de la Commission Internationale pour l’Étude des Écluses, 1982).
AA Plan.
BB Coupe longitudinale.
SAS
28. Chambre de porte.
29. Enclave de porte.
30. Mur de chute.
31. Mur de masque.
32. Parafouille.
12. Bajoyer.
13. Couronnement.
14. Arête de couronnement.
15. Joint de dilatation.
16. Radier du sas.
17. Avant-radier.
18. Arrière-radier.
DONNÉES
CARACTÉRISTIQUES
1. Niveau de flottaison du
bief amont.
2. Niveau de flottaison
maximum du bief amont.
3. Niveau de flottaison du
bief aval.
4. Niveau des plus hautes
eaux navigables.
5. Hauteur de chute.
6. Mouillage sur busc amont.
7. Mouillage sur busc aval.
8. Tirant d’air entre les plus
hautes eaux navigables
aval et le mur de masque.
9. Largeur utile du sas.
10. Longueur utile du sas.
11. Revanche.
PORTES
33. Porte amont.
34. Ventelle.
35. Porte de garde.
36. Porte aval.
TÊTES D’ÉCLUSE
19. Tête d’amont.
20. Tête d’aval.
21. Radier de tête.
22. Bajoyer de tête.
23. Mur en retour.
24. Musoir.
25. Rainure pour batardeau.
26. Appui de porte (battée) ;
dans le cas de portes
busquées : chardonnet.
27. Busc (seuil).
ÉQUIPEMENT DES BAJOYERS
37. Bollard de couronnement.
38. Bollard flottant.
39. Organeau (bollard
encastré).
40. Échelle et rainure
d’échelle.
41. Échelle d’extrémité.
23
23
25
22
26
12
22
24
Il est nécessaire d’entretenir
réguliérement les têtes et rainures
de batardeau afin de pouvoir
reprendre tous les efforts transmis
par le batardeau sur les têtes amont
ou aval.
Les têtes et rainures de batardeau
26
30
41 29
41 14
13
25
41
25
41
25
9
10
24
25
41 28
13 40
22
2
25 41
25
22
12
19
20
23
23
35
33 15
37
13
11
1
25
34
6
27
32
30
41
12
40
5
17
32
31
15
15
39
41
38
8
21
32
16
25
3
4
36
7
7
32
27
21
32
18 32
Alimentation
L’alimentation en eau peut être effectuée suivant plusieurs principes
8 Par les têtes : ouvertures des portes (faible chute et petit gabarit),
vantelles sur les portes (faible chute jusqu’à 5 à 6 m), par contournement
de têtes (un ou deux aqueducs en tête, jusqu’à 6 m).
8 Par aqueducs longitudinaux : aqueducs et larrons dans les bajoyers
(chute jusque 12 m), aqueducs longitudinaux et larrons sous le radier
(fortes chutes).
8 Solution mixte.
Éléments
de dimensionnement
d’une
Classiquement, la stabilité générale
d’une écluse résulte de l’équilibre
des efforts suivants :
8 Pressions hydrostatiques : nappe,
rivière ou canal adjacent (sur les
bajoyers, les têtes et le radier)
8 Efforts dynamiques dus aux
mouvements d’eau (entrée/
sortie du bateau, hélices,
batillage, écoulements dus à la
vidange et au remplissage du sas)
8 Pressions du sol (sur les têtes, les
bajoyers et le radier)
8 Efforts dus aux équipements :
portes, vannes d’alimentation
en eau
8 Efforts d’exploitation : amarrage,
accostage, superstructures,
surcharges …
8 Séismes (dans les zones à risque
sismique).
écluse
Les écluses sont des ouvrages qui présentent un comportement mécanique
relativement complexe. En effet, les conditions auxquelles elles sont
soumises sont sévères. Les bajoyers et les têtes amont et aval des écluses
sont soumis d’une part aux poussées des terrains adjacents et d’autre
part aux montées et descentes cycliques du niveau d’eau. Ces conditions
particulières d’exploitation font que les efforts s’exerçant sur des structures
de ce type sont assez difficiles à appréhender.
Les différents types d’efforts sont associés à des fonctionnements
spécifiques de l’écluse. Comme ce guide traite avant tout de la stabilité des
écluses pendant les vidanges d’entretien, seuls quelques aspects de l’étude
de l’équilibre d’une écluse vont être abordés.
Ce chapitre est donc constitué de trois parties. La première est une
présentation succincte des circulations d’eau autour d’une écluse et des
phénomènes qu’ils peuvent induire. Les deux suivantes sont respectivement
consacrées au dimensionnement des bajoyers et des radiers en mettant en
avant les éléments d’hydraulique des sols présentés précédemment.
L’effet des pressions hydrostatiques est notamment primordial durant
les vidanges nécessaires à l’entretien des écluses. En effet, le fait de
vider totalement le sas induit des contraintes supplémentaires sur
la structure ainsi que des circulations d’eau qui peuvent mettre en péril la
stabilité de l’écluse.
Circulations hydrauliques
Par définition, une écluse permet de relier deux plans d’eau ayant des cotes
différentes. Sur le plan hydraulique, ceci se traduit par des circulations d’eau
entre le bief amont et le bief aval, entre la rive gauche et la rive droite ou
plus généralement entre deux zones de l’écluse où la charge hydraulique est
différente.
La charge hydraulique H (en m) est définie en un point par :
H=z+u/Yw+v2/2g
avec : z, la cote en m de ce point
u, la pression interstitielle en kPa en ce point
En général, la vitesse v de l’eau dans les sols est négligée étant donné les
conductivités hydrauliques plutôt faibles qui peuvent être mesurées.
La charge hydraulique en un point ne dépend alors que de la cote de ce point
et de la pression interstitielle en ce point. On a donc la définition suivante :
H=z+u/Yw
La vitesse d’écoulement de l’eau entre 2 points dans un sol peut être alors
définie par la loi de Darcy :
v=k ΔH/ΔL
avec : k le coefficient de perméabilité en m/s
ΔH la différence de charge hydraulique
entre les points amont et aval
ΔL la longueur séparant ces deux points, mesurée le long de l’écoulement.
On vérifie en appliquant cette relation que la vitesse est toujours négligeable
dans le calcul de la charge hydraulique.
8 Le coefficient de perméabilité
dépend de la granulométrie du
sol et de son état de compacité.
En général, il convient de retenir
les valeurs suivantes :
8 Argiles : k<10 -8 m/s.
8 Limons : 10 -6<k<10 -8 m/s.
8 Sables et graves :
10 -3 m/s>k>10 -6 m/s.
Yw, le poids volumique de l’eau en kN/m3
(Yw=g.␳w avec la masse volumique de l’eau ␳w=1000 kg/m3)
v, la vitesse de l’écoulement en m/s en ce point
g, l’accélération de la pesanteur en m/s2 ( g=9,8 m/s2 ).
Les efforts dus à l’écoulement sont
donc plus importants dans les sables
et les graves.
Le schéma figure 4 représente la diminution des pressions interstitielles sous
une écluse. À la cote z=0 m, la charge hydraulique diminue d’une valeur H1
vers une valeur H2. Comme l’altitude est constante, la différence entre les
charges hydrauliques amont et aval provient d’une différence de pressions
interstitielles.
Figure 4 : Diminution des pressions interstitielles sous une écluse.
La différence de charge hydraulique entre deux points induit un écoulement
entre ces deux points. Cet écoulement génère à son tour des efforts sur
les sols ou les structures à travers lesquels il transite. Les efforts sont
d’autant plus importants que la différence de charge entre ces deux points
est importante et que la distance entre ces deux mêmes points est faible.
La valeur de l’effort induit par l’écoulement est aussi proportionnelle à la
perméabilité du sol.
Les efforts sont d’autant plus
importants que la différence de
charge entre ces deux points est
importante et que la distance
entre ces deux mêmes points
est faible. La valeur de l’effort
induit par l’écoulement est aussi
proportionnelle à la perméabilité
du sol.
Avant d’examiner plus en détail l’effet de l’eau sur les éléments composant
l’écluse, il convient de distinguer les différents types d’écoulement
susceptibles d’exister aux abords d’une écluse :
8 Ceux dans le plan longitudinal à l’écluse qui résultent de la différence
de hauteur entre le bief amont et le bief aval (figures 5 et 6).
8 Ceux dans le plan transversal à l’écluse qui résultent de la différence
de hauteur entre la nappe d’eau présente dans les remblais s’appuyant
sur les bajoyers et le niveau d’eau existant dans le sas (figure 7).
Malgré les précautions prises lors du dimensionnement et la construction
des écluses, certaines d’entre elles sont encore soumises à des écoulements
hydrauliques parasites. Les efforts induits déstructurent le sol de fondation,
les remblais adjacents aux bajoyers et imposent des efforts supplémentaires
à l’ensemble de la structure.
Les écoulements peuvent provoquer une érosion interne qui peut elle-même
provoquer des désordres plus ou moins importants, allant parfois jusqu’à la
ruine de l’écluse.
Il est donc primordial d’identifier les divers mouvements d’eau susceptibles
d’entraîner des matériaux.
Dans tous les cas de circulation d’eau, le phénomène qui va mettre en péril
l’ouvrage est l’érosion : celle-ci peut être interne ou externe.
Les sollicitations dues à l’érosion tant interne qu’externe ont la
caractéristique d’être cycliques et par conséquent une fois la structure
fragilisée, il est fort à craindre que les dommages ne cessent de
s’amplifier.
L’érosion interne est associée au transport des matériaux sous
l’effet d’écoulements internes. On distingue habituellement les
phénomènes de renard et de suffusion.
8 Le renard est l’apparition de conduits dans un ouvrage en terre
sous l’action de l’eau.
8 La suffusion correspond à un entraînement sélectif des
particules : les particules les plus petites sont mises en
suspension au passage de l’eau, puis entraînées et il ne reste à
la fin que le squelette du sol. Ces deux actions correspondent
globalement au même phénomène mais ne se déroulent pas
à la même échelle : de l’ordre du centimètre pour le renard et
de l’ordre du dixième de millimètre pour la suffusion (on parle
aussi de boulance dans le cas de sols sableux et de débourrage
dans le cas de sols argileux).
L’érosion externe est due aux effets dynamiques de l’eau générés
aux abords et dans l’écluse. Il est donc nécessaire de protéger les
parties de l’écluse pouvant être soumises aux courants les plus
violents. Ces effets dynamiques sont d’autant plus importants que
la hauteur de chute est élevée et que le temps d’éclusage est court.
Figure 5 : Écoulements hydrauliques dans le sens longitudinal (sous le sas).
Tête de l’écluse
Niveaux d’eau
Bief amont
Bief aval
Radier
Écoulements
hydrauliques
Terrain
naturel
Figure 6 : Écoulements hydrauliques dans le sens longitudinal (parallèlement aux bajoyers).
Écoulements
hydrauliques
Bief amont
Bief aval
Remblais
Terre-plein
Portes
de l’écluse
Figure 7 : Écoulements hydrauliques dans le sens transversal.
Bajoyers
Niveaux d’eau
Remblais
Terre-plein
Radier
Terrain
naturel
Écoulements
hydrauliques
La pluie fragilise la structure et notamment les terrains mis à nu par
l’érosion qu’elle cause mais son action reste très limitée. Le gel est quant
à lui beaucoup plus néfaste. En effet, l’eau, lorsqu’elle passe de l’état
liquide à l’état solide, augmente de volume et impose par conséquent des
contraintes supplémentaires aux terrains ainsi qu’aux structures retenant
ces terrains. Des systèmes de drainage doivent donc être réalisés pour
évacuer l’eau située derrière les bajoyers.
Il convient de ne pas négliger l’action
du gel ou de la pluie.
Les concepteurs d’écluses protègent leurs ouvrages des écoulements
en allongeant les distances que doit parcourir l’eau (en effet, le gradient
hydraulique d’un écoulement est inversement proportionnel à la longueur
de celui-ci). Dans le cas des écoulements longitudinaux, des parafouilles
sont disposés sous les têtes amont et aval. Dans le cas des écoulements
transversaux, ces parafouilles prolongent les bajoyers. Ces écoulements
sont aussi influencés par la position de l’écluse par rapport au cours d’eau
(figure 2).
Figure 8: Écoulement hydraulique au travers d’un bajoyer juste après une sassée
(écluse n°2 de Damery, Venteuil, 51, Canal de la Marne canalisée).
Figure 9 : Écoulement hydraulique entre la Seine et le sas de l’écluse
(écluse de Port à l’Anglais, Vitry-sur-Seine, 94, Seine).
Éléments de dimensionnement des bajoyers
Les bajoyers ont pour objectif de contenir l’eau du sas et de retenir les terres.
Ils sont donc soumis à deux types d’efforts :
8 Les efforts dus à l’eau à l’intérieur du sas : ces efforts varient de manière
cyclique avec les bassinées et compensent, au moins en partie, les
efforts générés par le milieu extérieur.
8 Les efforts liés au milieu extérieur au sas :
4Les « terres retenues » ;
4Les surcharges ;
4La poussée hydrostatique qui peut être générée :
Par la nappe phréatique ;
Par des cours d’eau adjacents dans le cas d’écluse en dérivation ou
accolées à un barrage ;
•
•
4Les efforts d’amarrage ;
Ce schéma simple peut être compliqué par des dispositions constructives
particulières liées à des aménagements spécifiques (aqueducs dans les
bajoyers, élargissements, tirants, systèmes de drainage, murs parafouilles
etc.) ou encore à des choix constructifs délibérés (remblaiement avec des
matériaux évolutifs).
Figure 10 : Représentation simplifiée des efforts s’exerçant sur un bajoyer.
Bajoyer
Terre-plein
Ligne
piézométrique
Niveau d’eau
dans l’écluse
Radier
Poussée
hydrostatique
Force
de butée
Force de poussée
(Poussée des terres)
Poussée
hydrostatique
Le schéma présenté figure 10 permet
de mettre en évidence les quatre
problèmes qui peuvent affecter la
stabilité d’un bajoyer :
8 Une différence non
prise en compte dans le
dimensionnement initial entre
les niveaux piézométriques dans
le sas et dans le terre-plein.
8 Une évolution des
caractéristiques mécaniques du
terrain qui modifierait les valeurs
des forces de poussée ou de
butée.
8 Un vieillissement du bajoyer qui
entraînerait une diminution de
la rigidité de celui-ci et donc un
risque d’instabilité.
8 Une modification des surcharges
d’exploitation.
• Par des fuites au travers du bajoyer ;
• Par des circulations longitudinales entre la tête amont et la tête aval ;
Les bajoyers se comportent comme des soutènements classiques
(palplanches, murs poids, paroi moulée etc.). Ils doivent résister à la poussée
des remblais adjacents quels que soient le niveau d’eau dans le sas et la
position de la nappe dans les terres. Dans toutes les situations, le cas le plus
critique est celui où le sas est vide.
La contrainte d’une différence de niveau d’eau entre le terre-plein et le sas
doit, a priori, être prise en compte lors de la conception de l’ouvrage. Toutefois,
la présence d’écoulements hydrauliques parasites aboutit à l’existence
de pressions interstitielles qui induisent des efforts supplémentaires. Plus
concrètement, cela signifie que les bajoyers ne sont en général pas conçus
pour résister à la poussée des sols saturés lorsque le niveau d’eau dans le
sas diminue trop. En effet, bien que les sols situés à l’arrière des bajoyers
n’aient aucune raison d’être saturés, les écoulements entre les biefs amont
et aval ainsi que des apports non prévus du bassin versant ou de sources
proches peuvent y contribuer. L’existence non prise en compte de pressions
interstitielles à l’arrière des bajoyers ou des têtes de l’écluse peut provoquer
la ruine de ces derniers. Le problème des pressions interstitielles à l’arrière de
ces structures peut aussi se manifester d’une autre manière. Ces pressions
peuvent être prises en compte dans la conception ou lors d’une réparation
par l’ajout de drains (figure 11) permettant un écoulement entre les remblais
et le bief aval (en veillant à ce qu’il n’y ait pas de fuite de matériaux).
Figure 11 : Système de drainage dans un bajoyer (écluse de Méricourt, 80,Canal de la Somme).
Un mauvais entretien peut
rendre inefficaces les éléments
de drainages ce qui entraîne à
terme l’existence de pressions
interstitielles à l’arrière des bajoyers
qui sont incompatibles avec la
stabilité de ces derniers.
Figure 12 : Différence de charge entre le sas et le terre-plein entraînant des déformations du bajoyer.
Déformations due
aux pressions
interstitielles
Plate-forme
Niveau d’eau
dans le sas
Bajoyer
Terre-plein –
Matériaux naturels
ou remblais
anthropiques
Les bajoyers ou les têtes amont et aval sont plus ou moins sensibles à ces
problèmes. En effet, suivant que les radiers sont liés ou non mécaniquement
aux bajoyers et aux têtes de l’écluse, les efforts ne sont pas transmis de
la même manière et la structure résiste alors plus ou moins bien. Il est
facilement compréhensible que dans le cas où toutes les parties de l’écluse
sont liées, des effets de voûte se développent notamment dans le radier ce
qui permet aux efforts d’être répartis.
Le problème lié aux fuites de matériaux est provoqué par les
différences de charge hydraulique. Des tassements peuvent alors être
observés et l’équilibre qui pouvait exister entre les forces de poussée
et de butée peut être rompu. Dans tous les cas, ces phénomènes ne peuvent
que destabiliser l’ouvrage. Il faut donc être particulièrement attentif à
tout départ de matériaux lors de montées et descentes d’eau dans le sas,
que ce soit au niveau des bajoyers ou des têtes amont et aval, ainsi qu’aux
signes extérieurs, en particulier les tassements, qui pourraient en être la
Par ailleurs, ce problème de fuite de matériau peut être amplifié par des
augmentations brusques des différences de charge hydraulique. Il faut
donc être particulièrement vigilant durant les vidanges où des écoulements
inhabituels risquent de se produire.
Figure 13 : Reprise des efforts supportés par les bajoyers dans le radier.
Poussée
des terres
Efforts repris
par le radier
Poussée
des terres
Le vieillissement de la structure est bien sûr lié aux efforts que celle-ci
doit reprendre mais aussi à toutes les attaques qu’elle peut subir (chocs de
bateau, travaux de « râclage » inconsidérés lors d’opérations de curage mal
conduites, réaction entre l’eau et les matériaux constituant la structure).
Les défauts qui peuvent alors être constatés sur la structure concernent
le plus souvent les liaisons mécaniques entre les différentes parties
composant cette structure : décollement entre les moellons pour les murs
en maçonnerie, desserrement entre palplanches, fissuration du béton.
manifestation. L’observation de la turbidité de l’eau des fuites peut aussi
constituer un indice.
Figure 14 : Départ de matériaux à proximité d’un bajoyer.
Départ
de matériau
Dalle en béton –
quai
Zones susceptibles
de tasser
Niveau d’eau
dans le sas
Bajoyer
Terre-plein –
Matériaux naturels
ou remblais
Éléments de dimensionnement des radiers
Comme les bajoyers, les radiers ont pour objectif de séparer l’eau contenue
dans le sas du milieu extérieur. On retrouve ici les mêmes types d’efforts.
Les cas sont cependant beaucoup plus diversifiés que dans les cas des
Les objectifs assignés au radier
d’une écluse sont d’interdire les
écoulements d’eau depuis et vers
le terrain naturel et parfois de
soulager les bajoyers de la poussée
des remblais adjacents (il joue en
quelque sorte le rôle de buton). Le
radier supporte donc deux types de
charges :
8 Le poids de l’eau et les
différences de pressions
associées au fonctionnement de
l’écluse ainsi qu’aux écoulements
intermittents.
8 Les efforts transmis par les
bajoyers (éventuellement).
bajoyers car les dispositions constructives sont beaucoup plus variées :
radier indépendant ou lié aux bajoyers, radier poids, radier épinglé ou à
tirants passifs, radiers contenant le système d’alimentation en eau, murs
ou écrans parafouille, absence de radier etc.
Le dimensionnement du radier vis à vis d’un cas considéré comme le plus
critique dépend de la position de la nappe.
Dans le cas où celle-ci est située au dessus du radier, le cas le plus critique
est celui où le sas est vide.
8 En effet, si le radier est totalement imperméable, les pressions
interstitielles existant sous le radier ne sont plus compensées par l’eau
contenue dans le sas. Le radier ainsi que les liaisons radier-bajoyers
doivent alors être dimensionnés pour résister aux efforts induits par ces
pressions.
8 Si le radier est perméable, un écoulement est amorcé entre les terrains
sous-jacents et le sas. Si le gradient associé à cet écoulement est trop
important, il risque de déstructurer le terrain et de provoquer un
phénomène de renard.
8 Ces deux cas ne peuvent être totalement dissociés. En effet, dans le
cas d’un radier imperméable, les efforts imposés au radier peuvent
provoquer l’apparition de fissures et par conséquent le radier
initialement imperméable devient perméable. Le risque de renard
devient alors réel car l’écoulement a lieu dans des sections de petit
diamètre d’où l’existence de forces élevées.
Dans le cas où la nappe est située sous le radier, le cas le plus critique est
celui où le sas est plein. Le radier et les sols de fondations doivent présenter
des caractéristiques mécaniques suffisantes pour résister au poids de l’eau.
Figure 15 : Diminution des pressions interstitielles sous le radier dans le sens longitudinal.
La vidange du sas a tendance à
accentuer ces phénomènes et c’est
pourquoi cette tâche nécessaire à
l’entretien d’une écluse peut mettre
en danger la stabilité de l’ouvrage.
Toutefois, les divers phénomènes
qui sont décrits dans cette section
et qui peuvent causer la ruine de la
structure sont en général précédés
de signes (pathologies de la
structure, dysfonctionnements) qu’il
faut savoir reconnaître. Cet objectif
sera donc l’objet du prochain
chapitre.
Il s’agit donc lors d’une mise à sec
de diminuer le niveau d’eau le plus
lentement possible.
Partie amont
Partie aval
Conclusion
Les phénomènes qui menacent le plus sûrement la stabilité des écluses sont
très souvent associés aux écoulements hydrauliques que l’on ne peut pas
contrôler. Ils se manifestent de deux manières :
8 Un endommagement du terrain sous l’action des gradients hydrauliques
trop importants
8 Le développement de pressions interstitielles dans des zones où celles-ci
avaient été mal prises en compte.
Lors de la vidange du sas, les deux paramètres majeurs qui doivent être mis
en évidence sont :
8 La baisse de la hauteur d’eau dans le sas qui conditionne la diminution
des efforts résistants.
8 La vitesse de vidange qui conditionne le rééquilibrage des pressions
interstitielles dans les terrains à l’arrière du bajoyer par circulation d’eau.
d’évaluation de l’état
et du comportement
d’une
écluse
avant et pendant
la mise à sec
Ce chapitre est principalement destiné à familiariser les gestionnaires
d’écluses avec les différents dommages ou pathologies qu’ils peuvent
être amenés à rencontrer sur les structures et matériaux de ces ouvrages.
Un certain nombre d’illustrations photographiques sont donc présentées
en indiquant, chaque fois que possible, les causes principales et souvent
concomitantes de ces dommages. Les aspects relatifs au risque engendré
par un dommage sont abordés au § 5.6. En général, le risque associé à un
dommage dépend de son occurrence et de la vulnérabilité qu’il représente
pour la structure.
Les problèmes induits par le vieillissement d’une écluse peuvent être
abordés selon trois aspects :
8 ceux résultant d’une dégradation naturelle et physico–chimique des
matériaux exposés aux milieux dans lesquels ils se trouvent,
8 ceux résultant des sollicitations mécaniques s’exerçant sur les
différentes structures constitutives de l’ouvrage,
8 Ceux résultant de l’action érosive de l’eau et des agents agressifs qu’elle
transporte, amenés aux contacts des sols et des parois extérieures.
Éléments
Matériels et
matériaux :
Les maçonneries, le béton armé et
le métal (principalement les fers et
les aciers).
Dégradation naturelle et physico-chimique des matériaux
Les observations qui vont pouvoir être faites dépendent essentiellement
de la nature des matériaux.
De manière générale, il convient de distinguer trois grands types de
matériaux entrant dans la constitution du génie civil d’une écluse :
Pathologies des maçonneries
La maçonnerie est un matériau essentiellement composite avec des éléments
d’origines naturelles ou artificielles. Tous les composants d’une maçonnerie
sont susceptibles de subir des dégradations au cours du temps.
Il n’est pas envisagé dans les descriptions qui suivent, de donner tous les
détails possibles sur les différents processus d’altération qui sont très
nombreux, complexes et souvent concomitants.
De la même façon, les différents
procédés de fabrication, de
préparation et de pose relèvent
de la technologie pure des
maçonneries. Pour plus de détails,
nous renvoyons les gestionnaires
de ces constructions aux nombreux
et divers documents scientifiques
établis sur ces sujets. Cependant,
la reconnaissance précise des
différents types de dommages
affectant une structure en
maçonnerie oblige de les identifier
avec un langage commun et donc
de s’intéresser aux différents
constituants de cette maçonnerie.
Pathologies des pierres
L’altérabilité de celles-ci résulte d’un certain nombre de facteurs :
8 Leur composition minérale, la solubilité de certains minéraux
constitutifs, la structure des différentes couches qui les composent
et en assure plus ou moins la dureté et la gélivité.
8 Des réactions entre le terrain, l’eau, l’air et les pierres peuvent également
dégrader ces dernières. Ces réactions peuvent être amplifiées par la
présence de végétaux (algues, lichens, mousses), d’organismes vivants
(bactéries, mollusques, vers) ou d’une eau de percolation agressive
(chlorures, sulfates, pH).
8 Un mauvais traitement ou préparation de la pierre : mauvais choix
en carrière (pierres avec clivages, inclusions solubles ou expansives),
méthodes d’extraction ou de taille défectueuses entrainant des
endommagements favorables aux dégradations par le gel.
8 Des erreurs de mise en œuvre et notamment de pose (épaisseur trop
faible ou parfois l’absence des mortiers créant des contraintes locales
excessives aux contacts entre les élements…)
Tableau n°1 : Dommages et pathologies de la maçonnerie (pierres).
Types de dégradation
Desquamation
profonde
de la pierre
Érosion prononcée
des angles des pierres
de taille avec amorce
de destabilisation géométrique de l’appareillage
de la chaîne d’angle
Simple érosion éolienne
et / ou hydraulique
Illustrations
Observations
Bajoyer recevant une culée
de pont. Pierre tendre
et poreuse, de qualités
physique et mécanique
trop faibles pour être utilisée dans cette zone plus
fortement sollicitée
de l’ouvrage
Dommages classiques
sur les chaînes d’angles
des enclaves de portes
et / ou des chardonnets
et / ou des rainures
de batardeau
Altération non rédhibitoire
pour la tenue de la structure,
dont l’apparition et
l’évolution est favorisée
par la texture particuliére
du matériau (inclusion,
porosité)
Usure prononcée
du matériau avec
ou sans réduction
sensible d’épaisseur
Appareillage
défectueux
Illustrations
Observations
Dommages classiques
sur les élements constitutifs
des pieds de bajoyers
et / ou en radier, consécutifs
au traffic ou par suite
de travaux de curage mal
conduits
Mauvais choix de matériaux
ou mauvaise mise en oeuvre
Pathologies de la brique
Tout matériau de fabrication artificielle et industrielle, constitué d’un
mélange d’argiles ne peut prétendre à l’appellation de brique de pays.
Le mode industriel par pressage ou filage et tranchage suivi d’une cuisson
au four traditionnel au charbon dit « Four HOFFMANN » et d’une production
essentiellement d’origine française, correspond à cette qualité d’appellation.
Composante parfois essentielle d’un volume important de l’ouvrage (surtout
pour certains ouvrages du Nord de la France), elles peuvent générer des
désordres conséquents et d’évolution rapide en raison soit de leur mauvaise
composition et fabrication (gélives, poreuses, pourvues d’inclusions
fragilisantes, de caractéristiques mécaniques hétérogènes et insuffisantes)
de dispositions constructives, de poses maladroites (appareillages
anormaux, absences de harpage ou de chaînage) ou encore de l’exposition
prolongée aux sollicitations d’exploitation sans entretien préventif.
Néanmoins, la brique peut être un bon matériau si elle est bien entretenue
et si son vieillissement est maîtrisé. Les écluses sur le Canal du Nord en sont
la preuve.
Ces désordres vont ainsi rapidement passer de la simple disparition
d’élements du parement à la formation de cavités d’ordre métrique.
Dans certains cas, il a été constaté sur des maçonneries de briques
datant de 1850 et ayant perdu toute cohésion interne , des phénomènes
d’effondrement de parement vers le sas sous l’action des hélices de bateaux
voire d’entraînement complet de la paroi par simple déplacement de
bateaux avalants.
En règle générale ces désordres se situent le plus souvent :
8 Sur les premiers lits supérieurs situés sous les pierres de couronnement
des bajoyers et des têtes.
8 Aux débouchés des aqueducs et larrons.
8 En tête des enclaves de portes.
8 Aux clefs et pieds de voûtes.
8 Entre les niveaux haut et bas de sassée.
8 En parement des radiers.
Tableau n°2: Dommages et pathologies de la maçonnerie (briques).
Désorganisation plus
ou moins profonde
et généralisée des élements
constitutifs du radier
Abrasion du matériau
le plus exposé et le plus
erodable aux frottements
Dégradation localisée
du matériau le plus tendre
Désorganisation plus
prononcée de la maçonnerie,
avec formation de cavité
Illustrations
Observations
Conséquence de l’exploitation (action localisée
d’un « laminage » abrasif
sous la coque des bateaux
chariant des débris) et
de l’absence de nettoyage
périodique du radier
Conséquence de l’exploitation et dans une moindre
mesure de l’absence
de cuirassement
Conséquence du choix
de la « mixité » des matériaux, avec interposition
d’un matériau tendre entre
deux autres plus durs
Conséquence des sollicitations mécaniques
et des contournements
de l’étanchéité des chardonnets au sein du massif
par des infiltrations
Les mortiers utilisés dans les maçonneries des parties d’écluses sont des
mélanges de liant hydraulique (chaux et / ou ciment portland), de sables et d’eau.
Un mortier dont le liant est un assemblage de ciment et de chaux
hydraulique (le plus souvent en proportions égales) est dit mortier bâtard.
Dans une maçonnerie, on distingue d’une part le mortier de hourdage
qui assure la liaison entre les gros éléments constitutifs du massif et du
parement et d’autre part, le mortier des joints qui, en comblant les volumes
entre les éléments appareillés et hourdés, assure l’étanchéité du parement.
Le rôle des mortiers est double :
8 Rôle mécanique en donnant de la cohésion à l’ouvrage pour résister aux
sollicitations mécaniques extérieures et en répartissant les efforts de
compression entre les blocs.
8 Rôle d’imperméabilisation en assurant l’étanchéité et en limitant les
circulations d’eau au sein du massif de maçonnerie.
La chaux hydraulique confère au mélange une meilleure « ouvrabilité »
et limite son retrait, tout en lui gardant des propriétés de prise et de
résistance satisfaisantes.
La chaux dite « aérienne » n’est en revanche pratiquement plus utilisée.
Différentes réactions physico-chimiques peuvent endommager les mortiers
sous l’influence de conditions d’expositions extérieures ou de réactions
intérieures.
Elles aboutissent en général à la formation de sels insolubles, solubles
ou à des composés gonflants :
8 Les sels insolubles (exemple le carbonate de calcium) sont plutôt
protecteurs en surface.
8 Les sels solubles entraînés sous l’action de l’eau donnent une porosité
au mortier qui s’érode ainsi progressivement.
8 Les composés gonflants peuvent aller jusqu’à provoquer un éclatement
des maçonneries (gonflements significatif des parements).
Dans des cas plus rares et non identifiables de façon uniquement visuelle, des
réactions internes (de type alcali-réaction par exemple) peuvent avoir lieu entre
la pierre et les mortiers ou au sein de ces derniers et aboutir à l’expansion ou la
fissuration des joints voire à l’éclatement des pierres de la maçonnerie.
Pathologies des mortiers de hourdage et de joints
Tableau n° 3 : Dommages et pathologies de la maçonnerie (joints).
Décollement
et expulsion du mortier
de pose
Illustrations
Observations
Situation concomittante
à des réactions internes
et à l’action des eaux
(pression interstitielle,
érosion puis entraînement…)
Tableau n° 3 : Dommages et pathologies de la maçonnerie (joints).
Illustrations
Observations
À ce stade, on ne perçoit
pas encore d’anomalie particulière sur l’appareillage
des pierres (la destruction
des joints verticaux est très
fréquente mais ne présente
pas de danger important
tant que les joints horizontaux
sont préservés et que des
déformations ou des fuites
ne sont pas observées)
Disjointoiement profond
des joints de pose et/ou
de hourdage
Cette dégradation est
la conséquence d’un
vieillissement en exploitation,
aggravé par l’effet « pesant »
et « destabilisant »
permanent des pierres
Disjointoiement
et décohésion de
la maçonnerie des premiers
lits sous le courronnement
en pierres
Pathologies du béton armé
Celles-ci résultent d’une action sur le béton, les armatures et de l’interaction
entre le béton et les armatures. Des phénomènes de gonflement, d’érosion
peuvent affecter le béton tandis que les armatures vont subir la corrosion
induite par les différentes réactions.
Tableau n°4 : Dommages et pathologies du béton armé.
Fissuration biaises
ou verticales en dehors
des joints de fractionnement, avec passage d’eau
(en faible débit)
Armatures apparentes
- Treillis armé déterioré
Illustrations
Observations
Résultant du retrait naturel
différentiel du béton entre
parties horizontale et verticale, ces désordres n’entraînent pas de conséquence
particulière sur la stabilité.
L’importance des infiltrations doit cependant être
le facteur déterminant
du choix de leur injection
lors du chômage
Conséquence d’une
réalisation et/ou d’une
conception vraisemblablement défectueuse
du béton projeté choisi
pour la réparation
Illustrations
Observations
Conséquence d’une part
des dispositions constructives ayant privilégié les
reprises et d’autre part
de l’absence de drainage
et de protection contre
les infiltrations en terre-plein
Infiltrations et dépots
de calcite soulignant
les passages d’eau au travers
des plans de reprises
horizontaux
Pathologies de l’acier
Le principal problème est la corrosion qui induit une diminution de
la section des pièces de charpente et de leurs soutènements et donc de
leur rigidité, ce qui entraîne une augmentation des déformations et des
dysfonctionnements mécaniques voire dans certains cas la ruine par rupture
des assemblages. Il est important de souligner le fait que les peintures
peuvent souvent masquer des désordres qu’il convient cependant d’attester.
Tableau n°5 : Dommages et pathologies de l’acier.
Illustrations
Observations
Corrosion localisée
et plutôt superficielle
de la tôle de bordé sur
vantail de porte aval
(coté sas)
Conséquence de l’effet
d’aération différentielle
du métal due à l’alternance
immersion / emersion
de l’élement, ce stade
de dégradation n’est pas
préjudiciable mais justifie
une reprise totale du
complexe anti-corrosion
Corrosion intense
de profilés entraînant
leur rupture
et une instabilité
des assemblages
Conséquence d’une absence
totale d’entretien sur des
dispositions constructives
au demeurant compliquées
à entretenir
Tableau n°4 : Dommages et pathologies du béton armé.
Les sollicitations mécaniques
Les actions mécaniques
Il s’agit avant tout, de comprendre comment et pourquoi les sollicitations
mécaniques affectant l’ouvrage ont pu évoluer depuis sa réalisation.
Outre les chocs et érosions dus à la circulation fluviale et aux interventions
pour travaux à l’aide d’engins mécanisés, diverses actions mécaniques
peuvent avoir entraîné des désordres dans le génie civil de l’ouvrage.
En général, les pathologies issues des sollicitations mécaniques se manifestent
le plus souvent par des déformations des profils en long et en travers
de la structure (bajoyers et têtes).
Elles peuvent être accompagnées localement d’une fissuration voire
d’une fracturation complète des éléments constitutifs de l’ouvrage (pierres,
briques,…) et pas seulement des joints qui les unissent.
Si les phénomènes se poursuivent, les dégradations évoluent rapidement,
notamment en présence de circulations d’eau importantes consécutives
à des pertes d’étanchéité.
Des décollements du parement apparaissent, des affaissements du terreplein se forment, le radier peut ne pas être épargné avec l’apparition
de bombements ou de cavités localisées ainsi que d’une fissuration /
fracturation avec désagrégation sous l’effet d’un soulèvement.
Dans un cas extrême on a même pu constater l’effondrement en eau
d’un parement de bajoyer.
Les désordres consécutifs à des sollicitations mécaniques peuvent être
classés en deux catégories suivant que leurs manifestations soient
relativement récentes (désordres à court terme), ou que leur évolution soit
très lente et étalée sur plusieurs années voire plusieurs dizaines d’années
(désordres à long terme).
Les causes possibles de désordres à court terme
Toute modification du contexte d’équilibre général apportée à l’ouvrage luimême ou à son environnement (milieu hydraulique, terrains adjacents) peut
conduire à l’apparition de désordres plus ou moins importants à court terme.
Parmi les causes les plus courantes on peut citer de manière non limitative :
Tableau n°6 : Désordre à court terme.
Causes
La modification de
la poussée hydrostatique
derrière l’ouvrage
Illustrations
Déformation globale
du profil en long du bajoyer
avec ou sans désordres
concomittants
Causes
Illustrations
La modification inconsidérée
des surcharges verticales
pemanentes sur l’ouvrage
lui-même
Déformation localisée
ayant entrainé une rupture
qui a necessité des reprises
localisées de la stabilité
(battage d’un rideau)
L’augmentation de
la poussée sur l’ouvrage
suite à des travaux
de remblaiement défectueux
ou de chômage mal conduits
Destabilisation complète
du perré de l’éclusette
et risque de rupture et
d’entraînement sous
la pression des eaux
du bief arrière
Déplacement horizontal
d’une partie de la maçonnerie selon un plan de
cisaillement passant par
la section la plus sollicitée
par ce type de chargement
non prévu à l’origine
L’augmentation temporaire
et inconsidérée des charges
sur les berges et les terrepleins (remblais, dépôts,
charges de chantier...)
Tableau n°6 : Désordre à court terme.
Les causes possibles de désordres à long terme
On distingue principalement :
Tableau n°7 : Désordre à long terme.
Causes
La modification des sols
en place (affouillement,…)
Illustrations
Destabilisation du retour
de tête aval consécutif
à des affouillements
(contournement de tête)
ayant nécessité un confortement par rideau de soutènement
Tableau n°7 : Désordre à long terme.
Type de dégradation
Illustrations
Observations
Conséquence
des phénomènes de
sous-pression insuffisamment maîtrisés lors
d’opérations de chômage
antérieures
L’altération au cours du
temps et sous l’ouvrage
lui-même d’un matériau
D’apport (remblai immergé
servant d’assise…)
La modification
d’un matériau en place
consécutivement à une
opération de terrassement
(curage, dragage…)
Ruine du perré – bajoyer
de l’éclusette par un départ
de matériau et la perte
de la butée de pied
Les actions physiques : le gel
Dans certaines régions de France, la durée des périodes de gel intense
sans dégel, la fréquence des cycles gel/dégel et l’amplitude des variations
de températures sont importantes et ont une incidence directe sur
l’altération des matériaux et leurs stabilités physique et mécanique.
Le gel peut se manifester de deux manières :
Tableau n°8 : Le gel.
Causes
Altération
des caractéristiques
superficielles des matériaux
par le gel : le béton
Altération
superficielles des matériaux :
les pierres
Illustrations
Sur un béton de composition
et de mise en œuvre peu
satisfaisantes
Endommagement plus
profond sur des moellons
de pierre tendre (craie)
en zone d’immersion,
lors d’un épisode de gel
en cours de chômage
Causes
Illustrations
Altération des caractéristiques superficielles des
matériaux : la brique
Endommagement en zone
de marnage sur des élements de qualité médiocre.
Altération profonde
des matériaux par le gel :
le béton
Endommagement profond,
susceptible de compromettre à terme la stabilité
de l’ouvrage porté et
le batardage de mise
en sécurité de l’écluse
Modification physique
des sols gelés et du fonctionnement des dispositifs
de drainage, entrainant des
poussées non négligeables
derrière les soutènements
Déformation sensible
du parement sous la poussée
des eaux et des effets du gel
Pour tenter de s’affranchir
de ces problèmes ou, plus
simplement pour mieux les
appréhender avant de lancer
les opérations de chômage, les
éléments à prendre en compte
concernent l’utilisation des données
disponibles en termes de climatologie
et d’hydrologie tels que : prévisions
météorologiques, augmentation du
niveau de la nappe, augmentation
des surcharges mises en place sur
les quais ou la réalisation de travaux
(remblaiement, approfondissement
du sas, impacts induits par des
travaux précédents : vibration,
modification des écoulements).
Tableau n°8 : Le gel.
En période de chômage, le gel, surtout si les conditions de durée et d’intensité
se trouvent réunies ne serait-ce que durant quelques jours, peut entraîner
de profonds endommagements sur des matériaux fragiles tels que
les maçonneries de pierres tendres (craies …).
Ce phénomène est d’autant plus sensible que ces matériaux se sont trouvés
plus ou moins imprégnés d’eau de par leur immersion.
Le cas s’est rencontré sur des ouvrages anciens de la rivière canalisée
de la Somme et n’a pas pu être résolu de façon satisfaisante en raison
du trop faible temps disponible pour le traiter.
Les actions de l’eau
Les principaux dangers inhérents aux actions de l’eau sont associés aux
surpressions interstitielles et aux départs de matériaux générés par les
écoulements.
L’action de l’eau dans les discontinuités des maçonneries peut être
particulièrement nocive en raison de trop brutales variations de son niveau
dans le sas lors de séquences de fonctionnement ou d’opération de chômage.
Dans la zone de marnage, ceci peut se traduire par une érosion interne
par entraînement des fines, une dégradation puis un enlèvement des joints
provoquant une circulation plus intense.
On a été jusqu’à constater dans certains ouvrages, une fracturation hydraulique
se traduisant par l’éclatement de la maçonnerie sous l’effet de pressions
interstitielles internes importantes.
Un contournement intempestif de l’ouvrage par l’eau se traduit par des
venues d’eau importantes en aval, dans les maçonneries et/ ou les perrés.
Il peut en découler une érosion régressive provoquant des affouillements
ou des sapements en avant et / ou des affaissements locaux de terre-plein.
Quelques conséquences de ces phénomènes sont illustrées par les photographies suivantes.
Tableau n°9 : Désordres dus à l’eau.
Causes
Illustrations
Observations
Indice d’un début
de contournement
d’un massif de tête.
Conséquence des surpressions
interstitielles et des départs
de matériaux générés
par les écoulements.
Zone de marnage,
fracturation hydraulique
se traduisant par l’éclatement
de la maçonnerie sous l’effet
de pressions interstitielles
internes
Erosion interne par
entraînement des fines,
suivie d’un enlèvement
des joints provoquant
une circulation plus intense
et ainsi de suite….
jusqu’à la chute de moellons.
Réalisation d’une vidange d’entretien
>
Réalisation d’une vidange
d’entretien
Cette partie est composée de deux chapitres.
8Le premier présente un logigramme décisionnel
permettant de décider de la faisabilité de la réalisation
de la vidange d’un sas d’écluse.
8Le second présente la méthodologie qui permet
l’évaluation de l’état de l’écluse (qui se rapproche
par certains aspects de la méthode VSC) en suivant
un cheminement logique où l’ensemble des données
(rassemblées et analysées au cours de 9 étapes)
concernant l’ouvrage est synthétisé.
Définition
des
étapes
Le logigramme peut donner réponse à la question : « La vidange est-elle
réalisable ?» sur la base des résultats obtenus au terme des étapes 1
à 5 décrites dans la suite.En fonction de la réponse à cette question,
différentes suites sont à envisager :
4 oui : mise à sec des sas est possible en mettant en œuvre différents
niveaux de surveillance
4 non : besoin d’entreprendre des travaux de confortement afin de
permettre à l’écluse de supporter la mise à sec
4 ne sait pas : signifie que on ne dispose pas de données suffisantes
pour mener correctement la réflexion et par conséquent on à besoin
d’investigation complémentaires.
D’une manière plus globale, la réponse à la faisabilité de la vidange
s’obtient en rassemblant et en analysantles différents élèments recueillis
au cours des 9 étapes suivantes :
1 : Géométrie générale
2 : Données du site
3 : Travaux antérieurs - Archives
4 : Expériences précédentes de mises à sec
5 : Observations sur l'état de l'écluse
6 : Réflexion – faisabilité de la vidange
7 : Investigations complémentaires
8 : Travaux de confortement
9 : Déroulement de la vidange
A l’issue des étapes 1 et 2 puis des étapes 3, 4 et 5, deux synthèses
respectivement 1 et 2 sont réalisées. Ces dernières doivent permettre
d’avoir une approche systématique dans l’analyse de la faisabilité d’une
vidange.
Figure n°16 : Logigramme décisionnel.
Vidange du sas de l'écluse - Méthodologie de prise de décision
Géométrie
générale
1
Données
du site
Tableau de synthèse n°1 :
Listes des caractéristiques de
l'écluse et des risques induits
8
Travaux de
confortement
Non
2
3
Travaux
antérieurs Archives
Expériences
précédentes
de vidanges
4
Observations
5
Tableau de synthèse n°1 :
Listes des dommages constatés et des rsiques induits
Réflexion
Faisabilité de
la vidange
Ne sais pas
Investigations
complémentaires
7
6
Oui
(avec différents
dégrés de
surveillance)
9
1 Géométrie générale
Cette étape doit permettre de compiler les plans et coupes types de l’ouvrage
(longueur, largeur, hauteur de chute…).
8 Le premier but est de relier ces données aux caractéristiques du sol pour
avoir une idée de la sensibilité des bajoyers.
Plus le bajoyer a une grande hauteur et plus le sol présente des caractéristiques
médiocres alors plus le risque d’instabilité est important.
Il est assez difficile de donner des ordres de grandeur concernant ces valeurs
sans rentrer dans une trop grande complexité. Chaque cas doit être considéré comme particulier et mérite par conséquent une analyse spécifique.
8 Le second objectif est de quantifier le gradient hydraulique autour
de l’écluse. Plus le rapport entre la hauteur de chute et la longueur
de l’écluse est important, plus les forces d’écoulement sont importantes
et donc plus le risque de fragiliser le radier est grand du fait des souspressions.
Dans tous les cas, des sondages
doivent être réalisées si un doute
existe (cf. n°9).
2 Données du site
Il s’agit de mettre trois points en évidence :
8 La géologie (carte topographique, carte géologique, géomorphologie,…).
8 L’hydrogéologie (niveau de la nappe en période de crue ou d’étiage,
coefficients de perméabilité).
8 Les données géotechniques (coupes de sondages, résultats d’essais,
rapports d’études).
L’objectif est d’estimer l’état mécanique des sols retenus par les bajoyers
et la position de la nappe.
Remarques relatives aux niveaux de la nappe
Il a été indiqué plus haut que le niveau de la nappe est le point le plus important
à évaluer or, sauf le cas particulier où des piézomètres ou des puits sont
situés à proximité et se prêtent à la mesure directe du niveau de la nappe,
celui-ci ne peut pas être évalué avec suffisamment de précision. Il faut en
particulier se méfier des suintements ou écoulements au travers des bajoyers
qui, s’ils témoignent le plus souvent de la présence d’une nappe, ne peuvent
permettre d’en évaluer précisément le niveau.
Les cotations ne doivent en aucun
cas être additionnées.
La position de l’écluse par rapport au cours d’eau doit aussi être un élément
important à considérer.
8 Dans le cas de canaux construits dans des sites artificiels (comme le canal
du Nord) où la nappe n’est présente qu’en profondeur, les risques sont
moindres car la présence d’eau dans les terrains ne peut être due qu’à
des circulations d’eau entre les biefs amont et aval.
8 Dans le cas de canaux construits dans des fonds de vallée à proximité
de fleuves ou de dérivations, la nappe est dans de nombreux cas au niveau
des cours d’eau et impose des efforts non négligeables aux bajoyers
lors des vidanges.
8 Enfin dans les cas où un bassin d’épargne est présent, il est absolument
essentiel de préciser les circulations hydrauliques éventuelles entre celui-ci
et l’écluse.
Remarques relatives aux types de sol
Il a déjà été précisé que l’influence de sol sur le bajoyer est assez complexe
à interpréter. Toutefois, voici quelques règles générales qui peuvent être
appliquées.
8 Écluses en rivière : le terrain est constitué d’une couche d’alluvions plus
ou moins importante. Ces terrains sont le plus souvent limoneux, argileux
voire tourbeux et présentent par conséquent des caractéristiques mécaniques
plutôt médiocres.
8 Écluses en canal : si le canal a été construit dans un fond de vallée, l’analyse
pour des écluses en rivière reste valable. Si le canal a été construit dans
un site totalement artificiel (comme le canal du Nord), il faut savoir
si le terrain aux abords de l’écluse a été rapporté ou non.
Dans le cas de terrains en place, la carte géologique ou d’anciens sondages
peuvent être consultés pour estimer qualitativement leurs caractéristiques.
Dans le cas de terrains non rapportés, même si l’on peut a priori s’attendre
à rencontrer des terrains avec des caractéristiques mécaniques correctes,
des sondages de reconnaissance s’imposent.
Les données rassemblées au cours des étapes 1 et 2 peuvent être transcrites
dans le tableau ci-dessous.
Pour chacune des cinq catégories définies, il convient d’adopter la signalétique
suivante :
8 -1 : situation à risque : il convient de mener la réflexion de manière
plus appronfie ou directement d’entreprendre une étude permettant
le confortement de l’écluse.
8 0 : ne sait pas : uniquement destinés aux catégories « type de sols »
et « caractéristiques conues des sols » et implique des investigations
complémentaires.
8 1 : situation favorable : il s’agit d’examiner chacun des paramètres
présentés ou de manière plus pratique de remplir chacune des cases.
Ecluse
Longueur
L en m
Hauteur de
chute H en m
Largeur
e en m
Profondeur
de la nappe à
proximité des
bajoyers
Type de sols
Synthèse n°1
Caractéristiques
connues des sols
(résistance
mécanique,
perméabilité…)
Notation :
-1, 0, 1
Les sondages à réaliser en priorité sont de deux sortes :
8 Le sondage pressiométrique (pour tous les types de sol) : il doit
permettre d’établir un profil des pressions limites pl en fonction
de la profondeur. On peut considérer que le sol est plutôt médiocre
si des pressions limites inférieures à 0.45 MPa sont mesurées.
8 Le sondage scissométrique. (pour les sols plutôt argileux) : il doit
permettre d’établir un profil des cohésions non drainées Cu en fonction
de la profondeur. On peut considérer que le sol est plutôt médiocre
si des cohésions non drainées inférieures à 75 kPa sont mesurées.
D’autres essais in situ ou en laboratoire peuvent être réalisés même s’il faut
alors demander l’assistance de spécialistes. En effet, s’il y a mouvement ou
rupture des bajoyers, le mécanisme en jeu est extrêment compliqué
du fait des nombreuses interactions entre le sol saturé ou non en eau, le
bajoyer, l’eau dans le sas et la vitesse avec laquelle les phénomènes ont lieu.
L’analyse de ces données peut être la suivante :
8 Plus la longueur L est grande, moins le gradient hydraulique est
important et donc plus le risque d’instabilité est faible.
8 plus la hauteur de chute H est petite moins les efforts s’exerçant sur
le bajoyer sont importants et plus le gradient hydraulique est faible
et donc plus le risque d’instabilité est faible.
8 Plus la largeur e est faible, plus l’interaction entre les bajoyers est importante et plus les efforts s’exerçant sur ces derniers se neutralisent ce qui
augmente la stabilité d’ensemble.
8 Plus la nappe est haute, plus les poussées s’exerçant sur les bajoyers
sont fortes et plus le risque durant la vidange est important.
8 Le type de sols intervient dans la stabilité mais il est assez difficile
de le prendre en compte (une analyse spécifique réalisée par un spécialiste s’impose). Il est nécessaire de considérer à la fois les caractéristiques
mécaniques et hydrauliques du sol.
Le tableau ci-dessous synthétise cette analyse.
Effets sur l’écluse
Type de données
Variation
Largeur
e en m
≥
Hauteur
de la nappe
à proximité
des bajoyers
≥
≥
≥
≥
≥
Effets
sur la stabilité
d’ensemble
≥
≥
≥
Hauteur H
de chute
en m
Effet de voûte
≥
≥
Gradient
hydraulique
≥
Longueur
L en m
Efforts sur les
bajoyers
Il est nécessaire de rappeler que cette analyse est avant tout qualitative.
Le manque de retour d’expérience ne permet pas d’établir des statistiques fiables.
3 Travaux antérieurs - Archives
Deux éléments sont à considérer :
8 La réalisation de travaux antérieurs (leur nature, leur cause) qui peut
mettre en évidence des zones fragiles.
8 Les événements antérieurs qui peuvent être des guerres, des crues,
des chocs qui avaient entraîné des surcharges ponctuelles sur l’ouvrage
et éventuellement une fragilisation de la structure.
4 Expériences précédentes de mises à sec
Il s’agit surtout de savoir si l’écluse a subi des dommages lors de précédentes
vidanges et si ces derniers ont été réparés ou s’ils constituent une zone
de fragilité. Cette étape oblige encore à s’intéresser à l’historique de l’écluse
et donc à mieux appréhender son comportement face aux divers événements qu’elle a pu subir.
Des retours d’expériences sur des écluses proches sont aussi intéressants
à recueillir car ils peuvent donner des indications sur le comportement
de structures en général assez similaires et implantées dans des zones
présentant des caractéristiques géologiques, hydrogéologiques
et géotechniques voisines.
5 Observations sur l’état de l’écluse
Le principe d’observation adopté s’inspire des méthodes VSC et IQOA.
Il consiste donc pour chaque type de structure susceptible d’être identifié
d’examiner non seulement les dommages et pathologies qu’elle présente
mais aussi l’évolution de son environnement. Il convient de se reporter aux
différents tableaux du chapitre « Éléments d’évaluation de l’état et du comportement d’une écluse avant et pendant » et aux principes de dimensionnement
mentionnés au chapitre « Éléments de dimensionnement d'une écluse »
pour lister les différents dommages et pathologies observables et évaluer
la vulnérabilité qu’ils représentent, leur occurrence et enfin leur risque réel.
Synthèse n°2
Les différentes informations et observations recueillies au cours des étapes
3, 4 et 5 peuvent être synthétisées dans le tableau suivant :
Comme pour le premier tableau de synthèse, un système de cotation intervient :
8 Risque faible : 1.
8 Risque moyen : 2.
8 Risque fort : 3.
Tableau de synthèse n°2 : liste des dommages constatés et des risques induits.
Type
de structure
Pathologies ou dommages observés
– Évolution de l’environnement
HISTORIQUE
Expériences précédentes
de mise à sec
Crues, guerres, événements
exceptionnels
Desquamation
Description
du
dommage
Vulnérabilité
de la structure
par rapport
au dommage
- Localisation
Occurrence
du
dommage
sur la
structure
Risque
Si un risque fort est mis en évidence,
il convient de mener la réflexion
de manière plus approfondie ou
directement d’entreprendre une
étude permettent le confortement
de l’écluse.
Disjointement
Érosion
Usure
Problème
Maçonnerie
d’appareillage
EFFETS DES DÉSORDES
Décohésion
Bajoyer
– Radier
– Tête
amont
ou
aval
– Rainure
de
batardeau
Désorganisation
Abrasion
Décollement
Béton
armé
Acier
Fissuration
verticale
ou biaise
Armatures
apparentes
Infiltrations
– Dépôts
de calcite
Corrosion
locoalisée
Corrosion
intense
Déformations
globales
CAUSES DES DESORDRES
Modification de la poussée
hydrostatique
Mise en place définitive
de surcharges
Réalisation de travaux
Actions du gel
Fuites et suintement
Actions de l’eau (érosion,
mise en évidence de surpressions interstitielles,
affouillement)
Figure 17 : Appréciation du niveau de risque induit par un dommage en fonction de son occurrence
et de la vulnérabilité de la structure vis-à-vis de ce risque.
Vulnérabilité de la structure
par rapport au dommage
observé
Augmentation
du risque
Occurence du dommage
sur la structure
La vulnérabilité du dommage sur la structure observée s’estime à
partir de considérations concernant le fonctionnement mécanique
de cette structure. Ces considérations sont issues pour partie du
chapitre « Éléments de dimensionnement d'une écluse » mais aussi de l’expérience de chacun dans le domaine des structures.
8 Par exemple, des fissures sur une zone ponctuelle d’une structure en béton
armé qui travaille en traction ne sont pas forcément alarmantes car de par
son fonctionnement, le béton armé se fissure lorsqu’il travaille en traction.
Par contre, si ces fissures mettent à nu les armatures et que celles-ci se
corrodent, un risque existe. De plus, si de l’eau sort de ces fissures alors que
le niveau d’eau dans le sas est depuis un certain temps égal à celui du bief
aval, cela signifie qu’il existe une nappe à l’arrière des bajoyers et si le sas
est mis à sec, les efforts sur le bajoyer vont augmenter.
8 Pour une maçonnerie, on considère que les éléments qui la composent ne
peuvent travailler qu’en compression. Si des fissures apparaissent sur les
joints liant les éléments de la maçonnerie, cela signifie que la structure subit
des déformations induites par des contraintes de traction ou de cisaillement.
Dans ce cas, il faut observer la taille et éventuellement l’évolution avec le
temps de ces fissures pour voir si elles sont dues à des contraintes prises en
compte lors du dimensionnement (et dans ce cas, elles ne doivent pas
évoluer) ou si elles proviennent de contraintes parasites qui pourraient
traduire le début d’un désordre.
L’endroit où est observé le dommage est aussi important. Si un moellon est
décalé au milieu du bajoyer, cela a sans doute peu d’importance, par contre, si
ce moellon se situe au niveau des rainures de batardeau alors le risque est réel
car lors de la mise en place des batardeaux, ce défaut d’alignement géométrique
peut entraîner une augmentation de contraintes incompatibles avec la résistance
des éléments constituant la structure.
L’occurrence du dommage est aussi une information intéressante car elle peut
traduire une malfaçon, un vieillissement de la structure ou un fonctionnement
anormal généralisé. Il faut à nouveau analyser l’occurrence à partir de considérations concernant le fonctionnement mécanique de cette structure.
La collecte des différentes données doit permettre de juger de la faisabilité
d’une mise à sec de l’écluse. L’analyse des différentes informations peut
être réalisée par le gestionnaire ou par un spécialiste du comportement
de ce genre de structures. En général, l’état de connaissance du gestionnaire
est suffisante pour établir l’absence de risque.
La décision de la faisabilité d’une vidange résulte de l’analyse par
un expert simultanée des deux tableaux de synthèse présentés
ci-dessus.
En particulier, si des dommages auquels la structure peut être
très sensible sont constitués (vulnérabilité forte), même lorsque
les occurrences sont faibles, il convient de s’attacher à un niveau
d’expertise, éventuellement pour une analyse contradictoire des
éléments identifiés lors de la première phase.
6 Réflexion - Faisabilité de la vidange
7 Investigations complémentaires
Cette étape doit être menée quand la décision de réaliser la vidange du sas
ne peut pas être prise compte tenu des dommages mis en évidence
et de l’incertitude quant à l’opportunité de travaux de confortement.
Les éléments nécessitant des informations supplémentaires sont :
8 Hydrogéologie :
4 Mesure du niveau de la nappe : mise en place de piézomètres ouverts
ou fermés. Les piézomètres ouverts sont les plus courants et sont
des puits de petit diamètre permettant la mesure du niveau stabilisé
de la nappe. Ces appareils font l’objet de normes qu’il est impératif
de consulter.
4 Mesure de la perméabilité du terrain : réalisation d’essais d’eau.
La panoplie est vaste et doit être déterminée, exécutée et analysée
par des spécialistes. Il convient de se reporter aux normes en vigueur.
8Données géotechniques : sondages et essais en laboratoire ou in situ.
Les mêmes remarques que précédemment peuvent être formulées.
Il faut donc se reporter aux normes en vigueur et ne pas hésiter à contacter
des spécialistes. La recherche de cavités peut aussi être entreprise.
8 État des structures : des moyens spécifiques peuvent être mis en œuvre
(vidéo, bathymétrie…). Dans la majorité des cas, il s’agit d’observer plus
en détail les éléments présentés au paragraphe chapitre « Éléments
d’évaluation de l’état et du comportement d’une écluse avant et pendant ».
Il est aussi possible de mesurer les déplacements de la structure et les
battements de la nappe lors de sassées habituelles afin de pouvoir
éventuellement extrapoler les résultats pour déterminer le comportement
de la structure lors d’une vidange.
Mesures de la piézométrie
Ces mesures (qui nécessitent la mise en place de piézomètres ouverts
ou fermés) permettent de suivre le niveau d’eau dans les terrains adjacents.
Elles sont intéressantes car elle permetent de voir si la nappe présente dans
les terres retenues suit vraiment le niveau de l’eau contenue dans le sas.
Dans le cas où leurs évolutions sont similaires, il s’agit de déterminer
la vitesse de décalage qui peut exister. En effet, comme cela a déjà été précisé,
une des raisons de l’instabilité des bajoyers durant les mises à sec des sas,
est le fait que les pressions interstitielles présentes dans les terrains adjacents
ne sont plus équilibrées par celles pouvant exister dans le sas. Il s’agit donc
de veiller à ce que les niveaux d’eau soient sensiblement identiques de part
et d’autre des bajoyers afin de préserver une situation d’équilibre.
Exemple : Deux expérimentations ont été réalisées sur les écluses
de Daours (80) et Méricourt (80) sur le Canal de la Somme en prévision de travaux de réfection. Le principe de ces expérimentations
est de mesurer en effectuant des bassinées successives l’évolution
du niveau d’eau dans le sas et dans le terrain proche afin d’avoir
une idée sur le comportement dans la nappe dans un plan transversal au sas de l’écluse. Quatre capteurs de pressions interstitielles
sont disposés suivant la configuration de la figure 18 (le capteur
dans l’écluse n’est pas représenté). Cette expérimentation à permis
de faire les remarques suivantes (figure 19).
Pour Daours, le niveau de la nappe est relativement bas par
rapport au niveau du terrain naturel puisqu’il est présent vers
4.5 m de profondeur. Deux bassinées ont été réalisées à deux
vitesses différentes. Le niveau d’eau dans les bajoyers (PZ1 et 2)
a légèrement augmenté mais semble écrété à un certain niveau.
Cette observation permet de mettre en évidence un drain dans
le sens longitudinal qui limite le niveau d’eau dans les terrains
adjacents aux bajoyers. Par ailleurs, il apparaît clairement que l’eau
circule librement entre le sas et les terrains adjacents ce qui prouve
la perméabilité des bajoyers du sas. Cette expérimentation met
en évidence que la mise à sec ne risque pas de mettre en péril la
stabilité de l’écluse. En effet, le niveau de la nappe est relativement
bas même en hiver et même s’il venait à monter les terrains sont
suffisamment perméables pour évacuer l’eau dans le sas ou
directement dans le bief aval.
Pour Méricourt, la situation est quelque peu différente. Les niveaux
d’eau sont beaucoup plus hauts puisque la nappe est présente dès
1.6 m de profondeur. Initialement, le sas de l’écluse est plein.
La réalisation d’une bassinée montre que les niveaux d’eau dans
les bajoyers (PZ1 et 2) suivent le niveau d’eau dans le sas avec un
décalage tel qu’une différence de plus de 1 m est constatée au
cours de l’expérience. Un calcul permettant d’estimer le facteur
de sécurité pourrait être réalisé. On peut en déduire que lors de
la mise à sec du sas, il faudra aller particulièrement lentement
pour ne pas induire une trop grande différence entre le niveau
d’eau dans le sas et le niveau dans les terrains adjacents. Lors des
travaux, une remontée de la nappe n’apparaît pas comme être un
facteur de dangerosité car les terrains sont a priori suffisamment
perméables pour évacuer l’eau.
Figure 18 : Implantation des différents piézomètres.
Piézomètre
de référence
dans l'écluse
PZ1
Bief amont
Bief aval
PZ2
L>5 m
PZ3
PZ2
PZ1
L>5 m
PZ3
Piézomètre
de référence
dans l'écluse
0,5 m
0,5 m
Figure 19 : Évolution de la profondeur du niveau d’eau dans les terres et dans le sas.
Ecluse de Daours : le 12 janvier 2005
Heure
Profondeur de l’eau en m
12:00 12:30
0
13:00
13:30 14:00 14:30 15:00
15:30 16:00
1
2
Ecluse
PZ1
3
PZ2
PZ3
4
5
6
Ecluse de Méricourt : le 24 janvier 2005
Heure
Profondeur de l’eau en m
12:00 12:30
0
13:00
13:30 14:00 14:30 15:00
15:30 16:00
0,5
1
1,5
2
Ecluse
PZ1
PZ2
PZ3
2,5
3
Détection de vides
La détection des vides doit permettre d’avoir un avis sur l’état structurel
des bajoyers. Plusieurs techniques sont disponibles. Elles reposent essentiellement sur l’utilisation d’ondes radar. L’envoi de ces ondes dans le sol puis
la mesure de leur vitesse de retour suite à leur réflexion et à leur réfraction
permet d’avoir une idée sur la nature du sous-sol.
Mesures des déplacements
Trois systèmes de mesures permettent de détecter les déplacements
d’une structure. Les types de systèmes dépendent de la précision
de la mesure et de la période de temps séparant deux mesures successives.
8 Le premier type est basé sur le relevé topographique de certains points.
De simples jalons métalliques peuvent être mis en place afin de suivre
les déplacements relatifs de la structure. Ces mesures peuvent révéler
des déplacements de certains points de la structure et justifier la mise en
place d’appareils de mesure plus précis permettant de suivre l’évolution
des déplacements sur des périodes de temps plus courtes.
8 Le second type de mesure est basé sur la pose d’inclinomètres
et d’extensomètres. Ils permettent de suivre plus précisément l’évolution
de certains points et de réduire l’intervalle de temps entre les mesures.
Ils ont une précision de l’ordre de 10-3m pour l’inclinomètre et de l’ordre
de 10-4m pour l’extensomètre.
8 Le troisième type repose sur les mêmes appareillages que précédemment
auxquels on peut ajouter le tachéomètre. Dans ce cas, le relevé des mesures est automatisé et permet d’effectuer des séries de mesures en grand
nombre sur des périodes de temps réduites. Ils ont une précision
de l’ordre de 10-4m.
La mise en place de tels appareils peut être instructive au sens qu’elle doit
permettre de donner des indications sur l’état de stabilité des bajoyers.
Si des déplacements assez importants sont mesurés pendant une sassée
classique (l’importance des déplacements doit être déterminée par
un spécialiste sur la base des données collectées précédemment),
il est à craindre qu’une vidange totale du sas induise des dommages.
Dans le cas inverse, ces mesures peuvent permettre de justifier la
vidange du sas.
Durant la vidange, le relevé des mesures peut aussi être un élément annonciateur d’une rupture du bajoyer et indiquer qu’une vidange totale est
impossible à réaliser.
La mise en œuvre de tels types d’instrumentation doit faire l’objet
d’une réflexion basée sur les données disponibles et les résultats souhaités.
8 Travaux de confortement
Les méthodes qui vont être présentées dans cette section peuvent être
réparties en deux ensembles.
8 Les premières consistent à agir sur la stabilité du bajoyer ou sur la rigidité
du radier.
8 Les secondes sont fondées sur le fait qu’une grande partie des
problèmes présentés dans le chapitre "Éléments d’évaluation de l’état et du
comportement d’une écluse avant et pendant" proviennent d’une mauvaise
maîtrise des écoulements et par conséquent elles proposent d’agir sur
l’étanchéité des structures constituant l’écluse et des terrains à proximité.
Actions sur les structures
Les types de travaux qui vont être présentés consistent à augmenter
la rigidité du bajoyer ou du sas. Les techniques classiques sont :
8 les tirants actifs ou non
8 les clous
8 les micropieux
8 le jet-grouting.
© CETE
Figure 20 : Tirant d’ancrage
8 Un tirant actif est constitué de deux parties : une partie libre et une
partie injectée qui sert d’ancrage. La tête du tirant est précontrainte
pour appliquer une force s’opposant aux efforts de poussée. Le tirant est
composé de torons semblables à ceux utilisés dans le domaine du béton
précontraint ou d’un unique câble de diamètre variable (20 à 50 mm).
Dans le cas de maçonneries, on utilisera une très faible précontrainte,
voire des tirants passifs.
8 Un tirant passif est un simple câble qui est généralement associé à
un contre-rideau. Il se met en tension du fait d’un léger déplacement
de la structure. L’effort dans le tirant est repris par le contre-rideau.
Les clous sont des barres scellées dans le sol sur toute leur longueur.
Ils se mettent en action du fait du déplacement de la structure.
8 Les micropieux sont assez proches des tirants dans la phase de mise
en œuvre. Ils sont constitués d’un profilé en acier scellé dans le sol par
l’injection d’un coulis. Leur diamètre est généralement voisin de 200 mm.
Figure 21 : Réalisation d’un forage pour la mise en place d’une épingle (écluse de Port à l’Anglais,
Vitry-sur-Seine, 94, Seine)
Des méthodes plus simples sont quelquefois mises en œuvre comme
sur l’écluse de Frise (80) où l’un des bajoyers s’était déplacé de plusieurs
centimètres suite à une mise à sec. Un profilé métallique avait alors été
battu dans l’urgence pour éviter la destruction totale de la structure.
Les dispositifs de buttonage provisoire peuvent être envisagés lorsque :
8 La vidange n’a pas à être renouvelée
8 Les travaux de confortement définitif exposés avant nécessitent une
intervention dans les parties continuellement immergées en exploitation.
3.00
2.15
1.60
30.50
1.20
RN amont :
29.65
Seine
Micropieu
Épingles
Maçonnerie
23.45
23.30
Figure 22 : Renforcement d’un bajoyer : épinglage et mise en en place d’un micropieu
(Port à l’Anglais, 94, Seine).
Alluvions
Mamo Calcaire
Calcaire
Micro pieux
Figure 23 : Renforcement du bajoyer par palplanches (écluse de Frise, 80, Canal de la Somme)
Actions sur les écoulements et l’étanchéité
Les problèmes d’étanchéité sont la plupart du temps dus à une érosion
interne du terrain sous l’action de gradients hydrauliques trop importants.
Les techniques de jet-grouting ou d’injection permettent de combler
ces vides.
Le jet-grouting consiste à réaliser des inclusions plus rigides dans
le terrain en place. La technique consiste à réaliser un forage puis à
injecter à haute pression un coulis de ciment bentonite. En remontant
l’outil, une colonne de matériaux plus rigides est mise en œuvre.
Dans certains cas, il est possible d’agir sur le radier. L’objectif est d’éviter
tous les problèmes de soulèvement dus aux phénomènes de renard ou de
sous-pressions. Des opérations de clouage et de tirantage peuvent être
réalisées.
Les travaux de confortement peuvent consister à drainer les terrains
situés à l’arrière des bajoyers. On peut imaginer par exemple la mise
en place d’un système de faisceaux de drains sub-horizontaux depuis la tête aval qui permettrait de rabattre le niveau piézométrique à une
hauteur choisie. Des systèmes plus simples comme les barbacanes peuvent
aussi être mis en place.
9 Déroulement de la vidange
Une fois la décision de mise à sec prise, il est nécessaire de réaliser celle-ci
dans les meilleures conditions de sécurité.
La surveillance des déplacements de l’ouvrage et des mouvements d’eau
doit être effectuée le plus souvent possible. Dans la grande majorité des
sinistres, les gestionnaires ne font que constater les dégâts et n’assistent
quasiment jamais à leur déroulement en temps réel. Très peu d’informations
sont donc disponibles sur la durée des phénomènes induisant des dégradations sur l’ouvrage. Comme ceux-ci sont susceptibles de se dérouler sur des
périodes de temps comprises entre quelques secondes et quelques heures,
il est nécessaire de multiplier au maximum les informations disponibles
sur le comportement de l’ouvrage en temps réel.
Cette surveillance peut être visuelle ou basée sur des moyens de mesures
plus perfectionnés (extensomètres par exemple pour les déplacements).
Il s’agit de détecter tout comportement anormal qui pourrait traduire un
début de rupture.
Parallèlemement à ces règles de surveillance, des procédures peuvent être
envisagées au niveau de la vidange :
8 Le niveau d’eau doit être abaissé le plus lentement possible (dans les
limites permises par les conditions d’exploitation) afin de diminuer le
gradient de l’écoulement et donc de limiter les fuites de matériaux mais
aussi pour permettre aux pressions interstitielles de se rééquilibrer.
8 L’écluse peut ne pas être entièrement vidée si les travaux ne le nécessitent pas absolument. Dans ce cas, il est impératif de veiller à la bonne
étanchéité des batardeaux.
8 Pour les écluses sur des cours d’eau, il est préférable de réaliser la mise
à sec lors d’une période de basses eaux.
8 La surveillance doit être maintenue jusqu’au retour du niveau d’eau dans
l’écluse à un niveau habituel.
Cette surveillance peut être
visuelle ou basée sur des moyens
de mesures plus perfectionnés
(extensomètres par exemple
pour les déplacements).
Il s’agit de détecter tout
comportement anormal
qui pourrait traduire
un début de rupture.
La détection de ces mouvements doit permettre de prendre des décisions
permettant de stopper l’évolution de ces derniers. La première peut consister à augmenter la hauteur d’eau dans le sas jusqu’à un niveau garantissant
la sécurité de l’ouvrage. Ceci peut être possible avec des pompes. La seconde
est de mettre en œuvre des moyens de confortement provisoire (comme des
butons par exemple) afin de soulager la structure d’une partie des efforts
auxquels elle est soumise.
La détection de ces mouvements
doit permettre de prendre des
décisions permettant de stopper
l’évolution de ces derniers.
La première peut consister à
augmenter la hauteur d’eau dans
le sas jusqu’à un niveau garantissant
la sécurité de l’ouvrage. Ceci peut
être possible avec des pompes.
La seconde est de mettre en œuvre
des moyens de confortement
provisoire (comme des butons
par exemple) afin de soulager
la structure d’une partie des efforts
auxquels elle est soumise.
Fiche
de suivi
de la
méthodologie
Service Navigation : .................................................................................................................
Fleuve, rivière ou canal : .........................................................................................................
Écluse : ...........................................................................................................................................
Date de début des études de faisabilité : ........................................................................
1. Géométrie générale
Commentaires
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
2. Données du site
Commentaires
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
Synthèse n°1
Ecluse
Longueur
L en m
Hauteur de
chute H en m
Largeur
e en m
Profondeur
de la nappe à
proximité des
bajoyers
Type de sols
Caractéristiques
connues des sols
(résistance
mécanique,
perméabilité…)
Notation :
-1, 0, 1
Notations :
8 -1 : situation à risque.
8 0 : ne sait pas.
8 1 : situation favorable.
Pas d’addition des notations
Analyse du tableau
3.Travaux antérieurs – Archives
Commentaires
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
4. Expériences précédentes de mise à sec
Commentaires
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
5.Observations sur l’état de l’écluse
Commentaires
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
Tableau de synthèse n°2
Type
de structure
Description
du
dommage
Vulnérabilité
de la structure
par rapport
au dommage
- Localisation
Occurrence
du
dommage
sur la
structure
Risque
Synthèse n°2
HISTORIQUE
de mise à sec
exceptionnels
Desquamation
Disjointement
Érosion
Usure
Maçonnerie
Problème
d’appareillage
Décohésion
Bajoyer
– Radier
– Tête
amont
ou
aval
– Rainure
de
batardeau
Désorganisation
Abrasion
Décollement
Béton
armé
Acier
Fissuration
verticale
ou biaise
Armatures
apparentes
Infiltrations
– Dépôts
de calcite
Corrosion
locoalisée
Corrosion
intense
Déformations
globales
hydrostatique
de surcharges
Actions du gel
Actions de l’eau (érosion,
mise en évidence de surpressions interstitielles,
affouillement)
Cotation du risque (pas d’addition) :
1 : risque faible
2 : risque moyen
3 : risque fort
Analyse du tableau
6. Réflexion – Faisabilité de la vidange
Analyse des tableaux 1 et 2
7. Investigations complémentaires
Commentaires si nécessaire
8. Travaux de confortement
Commentaires si nécessaire
Décision de vidange
OUI
Qualité et signature de
l’autorité compétente
NON
Qualité et signature de
l’autorité compétent
Réserves :
9. Mise en place d’un dispositif de surveillance
Description
Suivi de vidange
Date de début de vidange :
Observations durant la mise à sec :
Travaux effectués :
Date fin de vidange :
>
Exemples d’application
de la méthodologie
« vidange du sas d’une écluse »
Cette partie a pour objectif, au travers de fiches d’exemples,
d’appliquer la méthodologie présentée précédemment à
trois écluses :
8Port à l’Anglais sur la Seine (Vitry-sur-Seine, 94).
8Damery sur la Marne canalisée (Damery, 51).
8Les Quatre Cheminées sur la Meuse (Givet, 08).
Les trois exemples choisis couvrent des situations les plus
différentes possibles : le premier est celui où des dommages
importants ont été causés par la vidange, le second est celui
d’une situation de vidange sans problème apparent et le
troisième est celui d’une écluse où la vidange a été précédée de
travaux de confortement.
Dans chaque cas, l’exemple d’application est précédé d’une
présentation de l’écluse,des dommages qu’elle a éventuellement
subis et d’une analyse succincte de leurs causes.
Les fiches reprennent le modèle proposé page 46 mais ne
comportent pas tous les éléments définis dans la méthodologie
car il a été impossible de suivre pour des raisons de temps et
d’organisation la mise à sec d’une écluse depuis l’étude de
faisabilité jusqu’au rétablissement du trafic une fois les travaux
réalisés. Par ailleurs, il a été impossible d’examiner en détail
l’ensemble des dommages existant sur l’écluse.
FICHE N°1 : Écluse de Port à l’Anglais
(Vitry-sur-Seine, Seine, 94)
(Service Navigation de la Seine, Arrondissement Seine Amont,
Subdivision de Joinville-le-Pont)
Présentation du contexte – Analyse des dommages
Cette écluse est située sur la Seine en amont de Paris et permet aux embarcations d’entrer ou de sortir dans le bief de
Suresnes. Elle est constituée de deux sas de part et d’autre du fleuve. Le sas en question est celui de la rive gauche. Il est
en maçonnerie et sa construction date du milieu du XIXème siècle. Le bajoyer côté terre avait déjà subi des déformations
de l’ordre de quelques centimètres lors d’une précédente vidange à la fin de la Seconde Guerre Mondiale dans le cadre
de la mise à sec du bief de Suresnes.
Lors d’une mise à sec en décembre 2003, un effondrement partiel du bajoyer côté fleuve est survenu. Les travaux de
confortement ont consisté à renforcer le bajoyer par des micropieux. La déformation du bajoyer n’a pas été corrigée
car cela nécessitait trop de travaux si bien que celle-ci est encore visible actuellement.
Tassement vertical du quai induit par un
phénomène de glissement.
Déformation du bajoyer après la
réalisation des travaux.
L’observation de ces désordres et l’analyse qui a pu être effectuée par un bureau d’études spécialisé conduisent à
mettre en évidence un mouvement de glissement plutôt que de renversement ou de basculement.
Il s’agit de suivre la démarche proposée dans le logigramme.
L’écluse a une longueur de 180 m et une largeur de 11.4 m. La hauteur maximale des bajoyers est un peu supérieure
à 6 m. La hauteur de chute est de l’ordre de 3 m.
L’écluse est en maçonnerie. Les bajoyers sont des murs poids autostables de 3 m de large possédant grossièrement
une forme rectangulaire. Le radier du sas n’est pas revêtu.
Application de la méthodologie
2. Données du site
Il s’agit d’un écluse en rivière. La nappe est à peu de chose près au niveau du lit de la Seine. Le terrain est très
hétérogène. On trouve un mélange d’alluvions de 1 à 2 m d’épaisseur, de matériaux rapportés plus ou moins
traités aux liants hydrauliques et enfin le substratum marno-calcaire sur lequel est fondée l’écluse.
Analyse : La collecte de ces données montre que cette écluse est un ouvrage relativement sensible vis-à-vis d’une
baisse du niveau d’eau dans le sas. L’extrême proximité de la Seine induit un fort gradient, dans le sens transversal
à l’écluse, entre le lit du fleuve et le sas. Par ailleurs, le radier non revêtu constitue un élément défavorable sur le plan
mécanique.
Synthèse n°1
Ecluse
Port à
l’Anglais
Cotation :
Longueur
L en m
Plutôt
favorable
Hauteur de
chute H en m
Moyenne
1
1
Largeur
e en m
Profondeur de la nappe à
proximité des bajoyers
Type de sols
Sans incidence
0m
Gros risque sur le bajoyer côté
Seine. Gradient transversal très
important
Alluvions
(caractéristiques
mécaniques faibles)
Sols remaniés
1
-1
0
Analyse : La collecte de ces données montre que cette écluse est un ouvrage relativement sensible vis-à-vis d’une
baisse du niveau d’eau dans le sas. L’extrême proximité de la Seine induit un fort gradient dans le sens transversal à
l’écluse entre le lit du fleuve et le sas. Par ailleurs, le radier non revêtu constitue un élément défavorable sur le plan
mécanique.
3. Travaux antérieurs - Archives
Aucune donnée faisant référence à des travaux d’importance n’est disponible.
4. Expériences précédentes de mises à sec
Le seul retour d’expérience date de la fin de la Seconde Guerre Mondiale quand le bief de Suresnes fut mis à sec.
Des déplacements de quelques centimètres furent alors observés sur le bajoyer côté terre. Cet élément aurait pu
éventuellement orienter les gestionnaires vers une étude de diagnostic et la réalisation de travaux de renforcement.
5. Observations sur l’état de l’écluse
Il semble que celles-ci n’ont pas permis la mise en évidence d’éléments susceptibles d’anticiper les phénomènes
décrits précédemment. L’écluse présentait bien évidemment des dommages, toutefois, le fait que le bajoyer côté
fleuve soit relativement étroit et que le niveau d’eau dans celui-ci soit constant (puisqu’il est alimenté en permanence
par la Seine) aurait pu être un élément exigeant les plus grandes précautions.
Synthèse n°2
HISTORIQUE
Type
de structure
de mise à sec
exceptionnels
Description du
dommage
Vulnérabilité
de la structure
par rapport
au dommage - Localisation
Occurrence
du
dommage
sur la
structure
Déformation
du bajoyer côté
terre en 1945
Risque
2
Sans
commentaire
Desquamation
Trés léger
1
Disjointement
Trés léger
1
Trés léger
1
Trés léger
1
Érosion
Usure
Maçonnerie
Problème
d’appareillage
Décohésion
Bajoyer
– Radier
– Tête
amont
ou
aval
– Rainure
de
batardeau
Désorganisation
Abrasion
Décollement
Béton
armé
Acier
Fissuration
verticale
ou biaise
Armatures
apparentes
Infiltrations
– Dépôts
de calcite
Corrosion
locoalisée
Corrosion
intense
Déformations
globales
hydrostatique
Déformation
du bajoyer
côté terre
Déformation du
bajoyer côté terre lors
de la vidange du bief
Evolution possible avec
une prochaine mise à sec
Sans
commentaire
2
Une seule fois
2
de surcharges
Actions du gel
Ponctuellement
2
Actions de l’eau (érosion, mise
en évidence de surpressions
interstitielles, affouillement)
Analyse : Hormis le déversement observé sur l’écluse dans les années 40, aucun élément ne semblait indiquer des
zones de fragilité.
Ces éléments sont apparus suffisants pour effectuer la baisse du niveau d’eau dans le sas. Dans cet exemple, les
éléments disponibles étaient assez faibles et ne permettaient pas de réaliser une analyse fine du comportement
du sas. Dans le logigramme, les éléments classés dans les étapes « expériences précédentes de vidanges » et
« observations » n’ont pas permis de mettre en évidence des zones fragiles. Toutefois, les déformations observées
en 1945 et la proximité de la Seine auraient dû être un signal d’alerte. La description de l’enchaînement des
événements laisse penser que le problème majeur a aussi été un défaut de surveillance. Le diagnostic du bureau
d’études spécialisé montre que le niveau minimum qui avait été fixé dans le marché garantissait la stabilité du
bajoyer. Cette surveillance aurait pu consister en un simple contrôle visuel.
6. Réflexion – faisabilité de la vidange
9. Mise en place d'un dispositif de surveillance
Fin décembre 2003, lors de travaux de rénovation, le niveau d’eau dans le sas a été abaissé mais un défaut
d’étanchéité des batardeaux a entraîné une diminution du niveau d’eau plus importante que prévue. Celle-ci a bien
été repérée par l’éclusier en fin de soirée mais l’entreprise n’a pas jugé opportun d’y remédier et a préféré attendre le
lendemain (ce temps de réaction peut s’expliquer par la période de l’année qui correspondait la fin du mois décembre
et par l’instant où le problème a été signalé qui correspondait quant à lui à une fin de soirée). Ce délai a été très
préjudiciable au bajoyer côté fleuve qui a commencé à se fissurer. Le temps de rétablir le niveau d’eau dans le sas,
les fissures ont évolué jusqu’à produire les dégâts suivants :
8 Une fissure longitudinale de plusieurs centimètres de large parcourant le bajoyer sur plusieurs mètres jusqu’à
la tête amont.
8 Des fissures inclinées sur la face intérieure du bajoyer.
8 Un tassement du perré d’environ 50 cm à environ 1 m en arrière de la crête du bajoyer. Celui-ci est accolé au
bajoyer et constitue la berge de la Seine.
8 Un déplacement de la tête du bajoyer de 30 cm vers le sas.
FICHE N°2 : Écluse n°2 de Damery
(Venteuil, Canal de la Marne canalisée, 51)
(Service Navigation de la Seine, Arrondissement Champagne,
Subdivision de Château-Thierry)
Cette écluse construite en 1890 est située sur la Marne canalisée entre les communes de Venteuil et Damery dans le
département de la Marne (51). Elle est conçue en maçonnerie. Il est à noter qu’une partie des bajoyers a été renforcée
par un treillis en béton armé. Elle présente des dommages qui ne permettent pas d’envisager sa vidange sans études
complémentaires.
Vue générale de l’écluse de Damery
L’écluse est relativement courte (50 m) et la hauteur de chute est faible (2.15 m) si bien que les gradients hydrauliques
entre l’amont et l’aval sont peu importants. Les bajoyers sont inclinés à 45°.
2. Données du site
L’écluse se situe au fond de la vallée de la Marne dans une zone alluviale. Une nappe doit donc être présente et son
niveau doit correspondre au niveau de la Marne qu’elle soit canalisée ou libre.
Synthèse n°1
Ces éléments montrent que l’écluse a une configuration géométrique relativement favorable pour sa stabilité.
Ecluse
Écluse n°2
de Damery
Cotation :
Longueur
L en m
Hauteur de
chute H en m
Largeur
e en m
Type de sols
50 m
2m
7,8 m
0m
Alluvions
1
1
1
1
1
Analyse : Le risque est relativement faible compte-tenu de l’inclinaison des bajoyers (45°) et de leur forte perméabilité
qui permet d’évacuer les surpressions interstitielles (il est par ailleurs possible de remplir le sas d’écluse uniquement
par les venues d’eau du terrain naturel).
Des travaux ont déjà été réalisés en 1967 et consistaient à ferrailler partiellement les bajoyers.
4. Expériences de vidange
A priori, aucune donnée n’est disponible.
De nombreuses pathologies peuvent être mises en évidence tant au niveau des parties en maçonnerie que de celle
en béton armé.
Synthèse n°2
HISTORIQUE
Type
de structure
de mise à sec
exceptionnels
Maçonnerie
Bajoyer
– Radier
– Tête
amont
ou
aval
– Rainure
de
batardeau
Béton
armé
Acier
Vulnérabilité
de la structure
par rapport
au dommage - Localisation
Déformation
du bajoyer côté
terre en 1945
Peu d'informations
Occurrence
du
dommage
sur la
structure
Risque
2
Sans
commentaire
Desquamation
Importante
Moyenne
Importante
2
Disjointement
Importante
Moyenne
Importante
2
Érosion
Importante
Moyenne
Importante
2
Usure
Importante
Moyenne
Importante
2
Problème
d’appareillage
Importante
Moyenne
Importante
2
Décohésion
Importante
Moyenne
Importante
2
Désorganisation
Importante
Moyenne
Importante
2
Abrasion
Importante
Moyenne
Importante
2
Décollement
Importante
Moyenne
Importante
2
Fissuration
verticale
ou biaise
Importante
Moyenne
Importante
2
Armatures
apparentes
Importante
Moyenne
Importante
2
Importante
Moyenne
Importante
2
Déformation
du bajoyer
côté terre
Evoluition possible avec
une prochaine mise à sec
Sans
commentaire
2
Une seule fois
2
Infiltrations
– Dépôts
de calcite
Corrosion
locoalisée
Corrosion
intense
Déformations
globales
Description du
dommage
hydrostatique
de surcharges
Actions du gel
Dégradation de la
maçonnerie
Moyenne
Importante
Dégradation de la
maçonnerie
Moyenne
Importante
Actions de l’eau (érosion, mise
en évidence de surpressions
interstitielles, affouillement)
Dégradation de la
maçonnerie
Moyenne
Importante
2
Analyse : L‘écluse est en mauvais état mais les efforts qu’elle doit reprendre sont assez faibles si bien que le risque de
l’endommager plus au cours de la vidange est faible.
Les éléments rassemblés au cours des différentes étapes permettent d’envisager la vidange de l’écluse sans risque
majeur mais avec des précautions dues aux fuites observées.
9. Mise en place d'un dispositif de surveillance
La mise à sec du sas est donc possible à ce stade de l’analyse. Toutefois des précautions devront être prises lors de la
vidange. La première réside dans une observation attentive du comportement de l’écluse et la seconde dans la mise
à disposition de moyens permettant de remplir le sas (une grue permettant de lever le batardeau amont est prévue).
FICHE N°3 : Écluse des Quatre Cheminées
(Givet, Meuse, 08)
(Service Navigation Nord-Est,
Subdivision de Givet)
Cette écluse en maçonnerie est située sur la Meuse juste avant la frontière belge. C’est une écluse en dérivation
accolée à un barrage. Elle a été mise à sec au cours de l’année 2005 pour être approfondie d’environ 60 cm.
Du fait de l’approfondissement, elle a subi d’importants travaux de confortement préalables.
L’écluse est relativement courte (50 m) et la hauteur de chute est faible (2.15 m) si bien que les gradients hydrauliques
entre l’amont et l’aval sont peu importants. Les bajoyers sont inclinés à 45°.
2. Données du site
La nappe est à peu de chose près au niveau de la Meuse. Le terrain est constitué des alluvions de la Meuse puis
du substratum schisteux. Le radier de l’écluse est fondé sur les schistes. En général, les matériaux alluvionnaires
présentent des caractéristiques mécaniques moyennes donc leur présence constitue un élément défavorable
dans l’analyse de la stabilité.
Le bras de dérivation sur lequel est construit l’écluse est relativement éloigné (au moins une dizaine de mètres)
de la Meuse donc les gradients hydrauliques entre le cours d’eau et le sas vide sont a priori peu importants.
Synthèse n°1
Ecluse
Les Quatre
Cheminées
Longueur
L en m
Hauteur de
chute H en m
Largeur
e en m
125 m
5m
12 m
0-1 m
Alluvions
Remblais rapportés
Schistes au niveau
des fondations
1
1
1
1
1
Cotation :
Type de sols
La collecte de ces données montre que cette écluse est un ouvrage dont la géométrie ne pose pas de problème
à la réalisation d’une vidange. La présence de la nappe n’est pas un fait interdisant la vidange car il est possible de
rabattre celle-ci autour de l’écluse. En effet, elle est alimentée par la Meuse mais son influence est moins importante
que dans d’autres situations (cf. fiche n°1).
Aucune donnée faisant référence à des travaux d’importance n’est disponible hormis pour ceux réalisés l’année
précédente.
4. Expériences de vidange
Aucune information ne ressort des vidanges précédentes.
Cette écluse en maçonnerie est de manière générale dans un excellent état. Les seules dégradations constatées
affectent les chaînes d’angle qui sont constituées d’une pierre plus tendre que le reste de la structure. Cependant,
aucun défaut d’étanchéité n’est constaté.
Détail des chaînes d'angle en maçonnerie.
Synthèse n°2
Aucune zone de fragilité ne peut être mise en évidence. Le tableau de synthèse n°2 n’a donc pas besoin d’être établi.
Le site de l’écluse, sa configuration géométrique et son état structurel permettent la mise à sec du sas sans précaution
particulière. Seules les règles habituelles doivent être mises en application (surveillance humaine continue).
8. Travaux de confortement
Un confortement de l’écluse par clous verticaux avec vidange partielle de l’écluse avait précédé la vidange totale.
Ce confortement préventif montre qu’un maximum de précautions avait été pris. Ce système de clouage avait été
réalisé afin de préserver la stabilité des bajoyers durant la destruction partielle du radier et l’approfondissement du
sas. Le dimensionnement de ce système intégrait en outre l’éventualité d’une crue. Toutes les conditions étaient
donc réunies pour que la vidange se passe dans les meilleures conditions.
division
Restauration et
Développement
du Réseau
175, rue Ludovic
Boutleux,
boîte postale 820,
62408 Béthune
cedex
téléphone
03 21 63 29 87
télécopie
03 21 63 24 58
www.vnf.fr
avril 2007
Réalisation : Parimage - Crédits photos et figures : VNF/P. Lemaître, CETE Lille et SNS

Guide stabilité des écluses - Direction technique Eau, mer et fleuves

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