Étude des critères de stabilité interne des matériaux granulaires pour ouvrages en remblai

Les ouvrages en remblai sont les ouvrages de retenue les plus répandus au Québec. Composés de matériaux géologiques, ils peuvent subir une migration de particules fines sous l’effet de l’écoulement d’eau, un phénomène appelé suffusion. La susceptibilité à cette érosion interne sélective est fortement liée à l’instabilité interne du matériau, laquelle dépend principalement de la forme de sa courbe granulométrique. La méthode la plus fiable pour évaluer cette stabilité consiste à réaliser des essais d’écoulement en laboratoire. Toutefois, ces essais étant longs et coûteux, l’application de critères géométriques fondés sur des caractéristiques granulométriques est généralement privilégiée. Les plus couramment utilisés sont les critères semi-empiriques de Kezdi, de Sherard et de Kenney & Lau. Les approches expérimentale et géométrique présentent toutes deux des limites qui nuisent à une évaluation fiable de la stabilité interne des matériaux géologiques. Les essais d’écoulement montrent une forte variabilité, notamment en raison de l’absence de normalisation, tant dans les procédures expérimentales que dans les paramètres mesurés et les valeurs seuils retenues pour différencier un matériau stable d’un matériau instable. Bien qu’imparfaits, leurs résultats servent de référence pour identifier les avantages et les limites de critères géométriques semi empiriques, en particulier ceux de Kezdi, de Sherard et de Kenney & Lau. Ces critères, généralement jugés conservateurs, sont largement modifiés et/ou combinés, donnant naissance à de nombreux critères dérivés parfois divergents dans leurs évaluations. L’objectif principal de cette thèse est donc d’améliorer l’évaluation de la stabilité interne, afin de renforcer la sécurité des ouvrages en remblai. Le projet s’articule autour de deux sous-objectifs, chacun fondé sur l’une des deux approches existantes d’évaluation de la stabilité interne. Le premier sous-objectif comporte deux étapes. La première consiste à évaluer plusieurs méthodes de saturation applicables à des matériaux granulaires soumis à un écoulement d’eau. Cette évaluation montre qu’une saturation complète est possible en combinant une méthode éliminant l’air dissous dans l’eau avec une autre chassant l’air dans les pores. Les combinaisons les plus efficaces sont celles couplant un écoulement ascendant d’eau désaérée, obtenue par cavitation sous vide, à une purge de dioxyde de carbone (CO2) ou à une mise sous vide. La méthode par purge de CO2, permettant une saturation complète en un temps réduit, est retenue pour les essais d’écoulement de la seconde étape. Celle-ci vise à établir un critère expérimental rigoureux d’évaluation de la stabilité interne. Des matériaux granulaires grossiers, classés selon leur stabilité interne établie expérimentalement dans la littérature, sont reconstitués avec des billes de verre et testés sous un écoulement d’eau dans un perméamètre à parois rigides conçu pour cette étude. Plusieurs paramètres sensibles à la migration des particules fines sont mesurés et analysés selon l’évaluation de la stabilité interne rapportée dans la littérature. Quatre conditions, chacune associée à deux paramètres définissant la structure interne des matériaux, doivent être satisfaites simultanément pour qu’un matériau soit considéré comme stable. Le deuxième objectif concerne l’évaluation comparative de critères semi-empiriques, en particulier ceux de Kezdi, de Sherard et de Kenney & Lau, ainsi que leurs dérivés, en vue du développement d’un critère géométrique plus fiable pour évaluer la stabilité interne. Appliqués à diverses courbes granulométriques sélectionnées dans la littérature, leurs résultats sont comparés aux évaluations expérimentales publiées. Deux méthodes distinctes sont retenues selon la forme de la courbe granulométrique: le critère de De Mello pour les courbes discontinues et une combinaison des critères de Sherard (ajusté) et de Kenney & Lau pour les courbes continues.

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