Piste de solution adaptée à un écoulement quasi-statique

Lors d’un événement d’inondation avec un écoulement à faible vitesse, l’adoption d’une couche granulaire grossière assurera l’écoulement de l’eau en excès. En effet, pour différentes hauteurs d’eau sans une surcharge sur la chaussée, l’eau aura la possibilité de s’écouler uniformément sans générer des surpressions sur les granulats ce qui minimisera voire empêchera l’érosion. En outre, la stabilisation du sol d’infrastructure pourrait être envisagée comme une option pouvant réduire l’érosion interne, réduire la perte de capacité portante due à la saturation du sol d’infrastructure ou accroître la résistance à la formation de renard hydraulique.

Les figures 4.4, 4.6 et 4.7 présentent le profil en travers de la proposition de solution répondant à l’écoulement quasi-statique pour différentes hauteurs d’eau.

Pour une hauteur d’eau A, la couche granulaire grossière sera partiellement saturée d’eau. L’écoulement en milieu non saturé met en jeu plusieurs paramètres. Ces paramètres sont issus de l’interaction entre les trois phases présentes dans la couche granulaire et les différentes formes d’eau existantes comme décrit dans la revue de la littérature.

En considérant la hauteur d’eau A comme une limite entre la partie saturée et la partie sèche de la couche granulaire grossière, sans chargement la couche granulaire grossière sera soumise au gradient hydraulique issu de la partie saturée qui peut être calculé à l’aide de la loi de Darcy (Éq. 1.6). Par ailleurs, ce gradient hydraulique s’appliquant dans les trois directions se dissipera latéralement étant donné l’absence d’un élément bloquant l’écoulement ainsi que les dimensions grossières des pores dans la couche granulaire.

D’un autre côté, sous l’effet d’un chargement, les pressions interstitielles générées dans la couche granulaire seront instantanément dissipées latéralement vu l’absence d’un élément bloquant l’écoulement de l’eau latéralement et les grandes dimensions des pores. Ainsi, le réarrangement des granulats sera évité. La perte de capacité portante due à ce réarrangement sera contrôlée et la répartition initiale des contraintes sera maintenue.

Aussi, le phénomène de suffosion sera contrôlé en utilisant les critères de filtres en imposant une borne inférieure à la granulométrie de la couche grossière correspondant à une valeur supérieure au vide créé entre les granulats. Pour l’érosion, en vérifiant la couche granulaire grossière composée de ballast 60/120 au moyen du diagramme de Hjulström illustré dans la figure 4.5, on peut voir que l’érosion du ballast commencera pour des vitesses dépassant les 10 m/s par extrapolation à partir du graphique. Sachant que la zone en noire sur la figure 4.5 constitue les vitesses de début de l’érosion correspondants aux dimensions des particules.

Pour le cas d’une hauteur d’eau plus élevée, hauteur B sur la figure 4.6, d’autres phénomènes doivent être contrôlés. La couche de surface en enrobé pourrait être stabilisée à l’aide d’un liant hydraulique afin de s’opposer au phénomène de désenrobage qui mènera vers une infiltration d’eau. Encore, la stabilisation de l’enrobé permettra d’empêcher l’infiltration de l’eau ce qui empêchera la création d’un second écoulement en dessous de la couche de surface, responsable du phénomène de soulèvement. Ainsi, stabiliser la couche de surface permettra de contrôler l’infiltration en surface et le soulèvement de la couche de surface.

Figure 4.5 Diagramme de Hjulström

Pour la couche granulaire grossière, l’eau est répartie uniformément pour la hauteur d’eau B. La couche granulaire est complètement saturée, ainsi toutes les charges s’appliquent uniformément dans la couche granulaire d’où le réarrangement des granulats est évité. Sous chargement, les pressions interstitielles seront instantanément dissipées. Encore, la granulométrie de la couche granulaire grossière la rend moins sensible à l’érosion. Ceci peut être vérifié au moyen du diagramme de Hjulström. Ainsi, le réarrangement des granulats sera contrôlé.

Quand l’eau atteint une hauteur correspondant à la hauteur C, comme l’illustre la figure 4.7, la couche granulaire, le sol d’infrastructure stabilisé et la stabilisation de la couche de surface assureront le contrôle des phénomènes mentionnés précédemment de la même manière que pour la hauteur B. Aussi, une fois que l’eau dépasse le niveau de la chaussée, le côté aval de la chaussée dans le sens de l’écoulement doit être contrôlé puisque l’écoulement de l’eau générera des zones de turbulence en aval. Cependant, l’écoulement dans ce cas est à faible vitesse avec une couche granulaire grossière dont la perméabilité est élevée. La faible vitesse au niveau de la chaussée ne génèrera pas de zone de turbulence en aval ainsi, il n’est pas nécessaire de protéger les pentes pour ce cas d’écoulement.

Le tableau 4.1 résume le fonctionnement de la solution perméable proposée vis-à-vis des problématiques mentionnées précédemment.

Tableau 4.1 Résumé de la solution perméable proposée

Problématiques Élément Solutions

Érosion et/ou érosion interne

Couche granulaire grossière (Ex :

Ballast 60/120)

Par sa granulométrie grossière, la couche granulaire laisse passer l'eau entre ses vides. Ce qui diminue les pressions interstitielles exercées par l'eau sur les granulats. Ainsi, le phénomènes d'érosion et d'érosion interne sont contrôlés.

Saturation

Couche granulaire grossière et

géotextile

La granulométrie grossière permet un drainage plus rapide de l'eau vers l'extérieur de la chaussée.

Renard hydraulique Sol stabilisé

La stabilisation du sol en dessous de la couche granulaire à l'aide d'un liant hydraulique bloquera le phénomène de renard hydraulique et augmentera la portance du sol. Soulèvement de la couche de surface et désenrobage Stabilisation de la couche de surface

La stabilisation de la couche de surface permettra à l'enrobé d'avoir un comportement amélioré face à la présence de l'eau et de l'oxydation. Le phénomène de soulèvement et le désenrobage seront contrôlés par la stabilisation.