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Tubes de dragage et géotextile

La source: par March A. Torre - Nouvelles CE pour le commerce du génie civil

De grands tubes remplis de matériaux de dragage ont été utilisés dans divers projets côtiers et continentaux. Les tubes, fabriqués en géotextile de polyester ou de polypropylène à haute résistance, sont remplis hydrauliquement d’une drague, telle qu’un tube Ellicott.® marque série 370 ou plus grand Ellicott® marque "Dragon®”Drague coupante. Les tubes géotextiles sont généralement remplis de matériau sur place; cependant, d'autres matériaux peuvent être importés et utilisés. Les applications typiques comprennent: la restauration des dunes de sable, la construction de digues, la construction de l'aine, les récifs artificiels et le confinement simple des déchets. Les tubes sont remplis sur place et l'installation est relativement simple et peu coûteuse.

Drague de marque typique de la série 370 Ellicott®

Le remplissage des tubes géotextiles avec des matériaux de dragage est pratiqué depuis de nombreuses années; cependant, on considère que la technologie en est encore à ses balbutiements. La brève histoire suivante est en partie tirée des «Histoires de cas de tubes géotextiles et leçons apprises» de Sprague, Bradley, Toups et Trainer.

Un effort récurrent pour maximiser les avantages de la capacité de confinement du sol des géotextiles est évident dans les tentatives de construction de structures de revêtement à partir de tubes géotextiles remplis hydrauliquement. Sprague a indiqué que de tels efforts pour remplir les tubes en tissu perméable et imperméable avec du sable remontent à 1967. Naturellement, le sable a été le matériau de remplissage de choix pour les tubes géotextiles remplis hydrauliquement en raison de sa capacité à se déposer facilement à l'intérieur du tube et à s'installer librement drain, créant ainsi une structure stable. Par conséquent, selon Sprague, la plupart des utilisations rapportées de tubes remplis hydrauliquement à ce jour impliquent le remplissage de sable. Quelques développements de tubes géotextiles documentés peuvent être soulignés comme particulièrement significatifs.

À la fin des années 1970, un tube géotextile rempli de sable hydrauliquement utilisant un tissu imperméable a été développé. Le système, vendu sous le nom commercial «Longard Tube», a été utilisé dans plusieurs installations expérimentales.

Tubes géotextiles

L'utilisation de matériaux de dragage pour le remplissage de tubes géotextiles a d'abord été expérimentée au Brésil et en France au début des 1980. Au Brésil, des digues de confinement remplies en continu ont été construites à partir des tubes pour la remise en état des terres. Cette technique a été utilisée pour isoler et contenir les eaux de ruissellement provenant d'une zone contaminée en France.

Sprague a indiqué que, dans 1989, ACZ Marine Contractors BV aux Pays-Bas avait appliqué des tubes géotextiles remplis de matériaux de dragage à la construction d'ailes de fond sous-marines destinées à la formation des cours d'eau. En utilisant un godet en forme de berceau sur une grue montée sur une barge, les ailettes ont été construites en positionnant et en empilant des tubes préremplis. Onze épines ont été développées, employant plus de tubes 500.

Le remplissage direct des tubes géotextiles en place à l'aide d'une ligne de livraison de drague suceuse a été un succès en 1988 en mer du Nord, au large des côtes allemandes. Le tube continue d'assurer le confinement du remblai du côté de la terre et la protection contre les courants et les vagues du côté de la mer.

Sous l'impulsion du Corps of Engineers de l'armée américaine, un regain d'intérêt pour les tubes géotextiles a commencé à faire surface au début des 1990 lorsque le gouvernement américain a commencé à utiliser de plus en plus cette technologie innovante. De nombreux essais réussis ont utilisé des tubes géotextiles remplis de sable comme des aines et d’argiles organiques limoneuses pour l’extension des digues de confinement. Ces expériences ont suffi à convaincre davantage d'ingénieurs côtiers d'étudier la possibilité d'utiliser des tubes géotextiles.

Initié par la norme

Comme la technologie des tubes géotextiles a attiré plus d'attention, la nécessité de créer une norme industrielle pour établir la crédibilité et attirer davantage l'attention a été réalisée. En 1999, des membres d'entreprises de fabrication de tubes géotextiles se sont associés à l'Institut de recherche géosynthétique (GRI) pour développer une norme industrielle pour les procédures de fabrication et d'installation des tubes géotextiles. Le nouveau document GRI est intitulé «Méthodes d'essai, propriétés et fréquences des tubes géotextiles haute résistance utilisés comme structures côtières et fluviales». Le document est une spécification standard pour les géotextiles utilisés dans la fabrication de tubes, ainsi que les valeurs techniques des géotextiles. De plus, les méthodes de fabrication et d'installation des tubes et les qualifications requises par l'entrepreneur chargé de l'installation sont spécifiées. Bien que ce document soit un bon guide pour la spécification des tubes géotextiles, il ne s'agit pas d'une aide à la conception.

Conception du projet

Comme l'ont souligné Sprague, Goodrum et Bradley, auteurs de «Dredged Material-Filled Geotextile Tubes: Design and Construction», les concepts de conception de grands tubes et conteneurs géotextiles remplis de matériaux de dragage ne sont pas bien documentés. De plus, les exigences relatives aux propriétés des géotextiles ne sont pas bien comprises et peu de détails ont été rapportés sur le fonctionnement des équipements de dragage ou sur les performances de divers types de matériaux de dragage. Pourtant, les installations basées sur des techniques de conception «raisonnées» se sont avérées assez fructueuses. Par conséquent, ces techniques sont un point de départ pour développer des approches de conception plus approfondies.

L'enveloppe géotextile fournit la rétention de remplissage et l'intégrité structurelle d'un tube géotextile rempli de matériau de dragage. Le choix du tissu est basé à la fois sur les caractéristiques des ouvertures, qui doivent correspondre à la taille et à la perméabilité des particules de remplissage et à la résistance, suffisantes pour résister aux pressions de remplissage. Une enveloppe en tissu composite incorporant à la fois un non-tissé et un tissé pour la filtration et la résistance, est parfois utilisée.

Les tubes géotextiles remplis de matière de dragage peuvent être remplis de tout matériau pouvant être transporté hydrauliquement. Des matériaux de dragage argileux et limoneux ont été utilisés pour les applications de digues de confinement, mais le sable naturel de plage ou de rivière est le meilleur choix. Le concepteur doit évaluer les caractéristiques de sédimentation du matériau de remplissage pour aider à déterminer l'espacement et la fréquence appropriés des orifices d'injection et de décharge dans le tube géotextile.

La section transversale d'un tube géotextile rempli est circulaire sur les bords et aplatie sur le dessus. L'expérience sur le terrain démontre qu'il est possible de remplir des tubes de 70 à 80 pour cent du diamètre circulaire maximum théorique, bien que 50 à 60 pour cent soit plus couramment réalisé.

Pour obtenir la stabilité dans des conditions hydrauliques sévères telles que la traînée, la portance et l'inertie, il est essentiel d'obtenir un poids unitaire relativement élevé pour une unité remplie. Les forces du courant et des vagues doivent être estimées pour évaluer la stabilité du tube géotextile rempli. Sprague a noté que bien qu'une technique d'analyse définitive n'ait pas été établie, il a été suggéré qu'une approche Miniken modifiée telle que décrite dans le US Army Corps of Engineers; Le «Manuel de protection des rives» peut fournir une approche raisonnable pour évaluer la stabilité des unités remplies sous la charge des vagues. Les essais sur modèle montrent que le pourcentage du tube géotextile rempli de déblais de dragage est un paramètre important lié à la stabilité. Une autre considération de conception importante est la stabilité interne d'une structure tubulaire «empilée».

En raison de l'action du courant et des vagues, une structure constituée par un ou plusieurs tubes peut provoquer un trou d'affouillement directement adjacent, ce qui peut entraîner une instabilité géotechnique. Par conséquent, les conceptions doivent inclure un tablier en tissu filtrant pour la protection contre l'affouillement. Un tablier en tissu filtrant, également connu sous le nom de tablier à récurer, se compose généralement d'un petit tube, appelé tube d'ancrage, fabriqué dans le bord du tablier côté mer ou sur tout le périmètre. Le tube d'ancrage est rempli de matériel de dragage pour stabiliser le tablier d'affouillement. Il doit avoir des caractéristiques de filtration adaptées au sol de fondation et au sol de remplissage du tube d'ancrage. Le tablier d'affouillement doit s'étendre sur une distance suffisante devant et derrière la structure du tube géotextile pour empêcher l'affouillement de la fondation.

Installation de tubes géotextiles

Il faut tenir compte de diverses considérations pour l’installation de tubes géotextiles. La plupart d'entre elles devraient être abordées dans les spécifications du projet. Étant donné que ces tubes sont en géotextile, les directives ASTM standard doivent être respectées en ce qui concerne le stockage et la manipulation. Les directives ASTM concernant la fabrication des géotextiles doivent également être suivies sur le site de fabrication.

Avant que les tubes géotextiles et les tabliers de récurage ne soient déployés sur le site, la zone est généralement préparée à l'aide d'un équipement de classement commun. L'emplacement dans lequel les tubes géotextiles doivent être placés est généralement délimité par des piquets. De grands piquets ou ancres peuvent également être utilisés avec un espacement prédéterminé, de sorte que le tube de géotextile puisse être fixé à ceux-ci avec des sangles pour assurer un alignement correct pendant le remplissage.

Le déploiement du tablier de récurage et du tube de géotextile est généralement accompli en les déroulant sur un noyau (ou un tuyau) fourni avec le tube et le tablier par le fabricant. Le tablier à récurer est déployé avant le tube de géotextile. Toutefois, dans certains cas, le tablier à récurer peut être fixé au bas du tube de géotextile dans les installations de fabrication. Une fois le tablier de nettoyage complètement déployé, positionné et sécurisé, le tube de géotextile est déroulé. Il doit être déroulé en position avec les orifices d’injection et de décharge orientés vers le haut le long de la ligne médiane supérieure. Une fois déployé, il peut être sécurisé sur les piquets d’alignement ou les ancrages précédemment installés.

Les tubes d'ancrage situés sur le tablier d'affouillement sont généralement remplis en premier pour fournir du lest au tablier d'affouillement. Le tube d'ancrage est parfois rempli du même équipement de dragage qui sera utilisé pour remplir le tube géotextile; cependant, une pompe plus petite peut également être utilisée puisque les tubes d'ancrage sont généralement assez petits (deux pieds de diamètre ou moins). La buse de pompe du tube d'ancrage est accessible soit par une simple fente dans le géotextile, soit par des orifices d'entrée préfabriqués.

Une fois que le tablier de lavage a été sécurisé en remplissant les tubes d'ancrage, le tube en géotextile est rempli. Ce processus prendra beaucoup plus de temps et est beaucoup plus complexe que le simple remplissage des tubes d'ancrage. Le tuyau de décharge (ou la buse d'injection) de la drague doit être placé à l'intérieur du port d'injection approprié du tube géotextile. Les orifices d'injection sont fabriqués à partir du même géotextile qui constitue le tube lui-même. Les orifices sont généralement des pieds 5 (1.5 m) de long, 18 pouces (457 mm) de diamètre. Toutefois, le tuyau de dragage ne doit pas être aussi gros; on utilise généralement un tuyau de dragage d'un diamètre de huit à 12 pouces (305 mm). Le tuyau doit être inséré à environ 2 / 3 dans le port d’injection et fixé à l’aide de sangles de tension. La buse de refoulement et l’orifice d’injection sont fixés avec des sangles de tension. La connexion de la buse de refoulement et de l'orifice d'injection doit être élevée à la verticale avec une pelle rétrocaveuse ou à l'aide de gréement.

La plupart des tubes géotextiles contiennent plusieurs orifices d’injection sur toute la longueur du tube. Les ports sont généralement situés dans la ligne médiane supérieure à un espacement maximum de 50 pieds (15 m). Ces ports sont utilisés pour le remplissage et également pour le soulagement des excès d’eau. L'entrepreneur et / ou l'ingénieur doivent déterminer l'espacement des ports avant la fabrication du tube de géotextile. Plusieurs facteurs vont influer sur l'espacement approprié, tels que la taille totale du tube de géotextile, la taille du tuyau de dragage, le volume de décharge de la drague, le type de matériau de remplissage et la quantité d'eau à utiliser comme véhicule de transport des solides.

En fonction de l'espacement des ports d'injection, de la composition du matériau de dragage et des capacités de la drague, certains des ports d'injection ne seront pas utilisés du tout. Par exemple, un tube géotextile de longueur 200-foot (61 m) peut contenir cinq orifices d’injection. Si les conditions sont idéales et que la drague est en mesure de fonctionner, il est probable que tout le tube de géotextile en pied de 200 (61 m) puisse être rempli à partir d'un orifice d'injection situé près d'une extrémité du tube. Le port d'injection situé le plus éloigné serait laissé ouvert pour permettre l'expulsion de l'eau en excès, jouant ainsi le rôle d'un port de secours. Tous les ports entre les deux seraient liés et laissés inutilisés. Si les conditions ne sont pas idéales pour le remplissage d'un port, il faut déterminer les intervalles appropriés pour déplacer le tuyau de dragage afin de continuer à remplir le tube. Les opérations de remplissage sont effectuées de manière séquentielle en utilisant un port pour l’injection et un (ou plusieurs) port (s) pour le soulagement. Au fur et à mesure que l'opération progresse, tous les orifices des segments terminés du tube doivent être fermés afin d'éviter toute perte de matériau à l'intérieur du tube.

Avant de remplir avec n'importe quel matériau solide, les tubes sont remplis à la hauteur souhaitée avec de l'eau uniquement. Une fois la hauteur souhaitée atteinte, l'opérateur de dragage peut introduire des solides dans le tube géotextile. En remplissant d'abord le tube avec de l'eau, le matériau solide peut être réparti plus uniformément dans le tube. Les solides nouvellement introduits et l'eau des véhicules ne feront que chasser l'eau existante.

La plupart des projets contiennent plusieurs tubes géotextiles qui doivent être remplis dans une séquence prédéterminée. Chaque tube est généralement complètement rempli avant l'installation des tubes géotextiles ultérieurs. Les tubes suivants peuvent ensuite être placés contre le tube existant et remplis. Cette méthode d'installation créera une zone basse entre les tubes en raison de leurs extrémités arrondies. Si des points bas ne sont pas souhaités, d'autres méthodes de connexion peuvent être utilisées. La pratique d'installation la plus courante pour éliminer, ou au moins minimiser, la quantité de dépression consiste à utiliser un chevauchement. Avec ce type de connexion, chaque tube géotextile suivant (et généralement le tablier d'affouillement) doit être placé sous l'extrémité arrière du tube précédemment déployé. Le tube «sous-couvert» n'est pas complètement déployé à ce moment. Évidemment, cette procédure de chevauchement doit être accomplie avant de remplir le tube géotextile avec de l'eau ou des solides. Une fois la connexion réalisée, le «premier» tube géotextile est rempli comme décrit précédemment. Chaque tube suivant est également rempli de la même manière, cependant, la section du tube qui a été placée en dessous ne sera pas remplie et une connexion assez serrée (et «pleine hauteur») devrait en résulter.

Une fois l’installation terminée, les orifices d’injection doivent être correctement sécurisés afin de ne pas se déchirer lors des vagues. La procédure correcte pour sécuriser les orifices d’injection sera fournie par le fabricant du tube géotextile. Cependant, une méthode couramment utilisée consiste simplement à couper le port d'injection, tout en laissant suffisamment de tissu en excès pour rouler (ou se plier) au ras de la surface supérieure du tube. Le matériau plié est ensuite fixé à la surface du tube au moyen d’anneaux de blocage résistant à la corrosion ou de raccords à compression.

Les tubes géotextiles remplis et fermés continueront à déshydrater et les solides se consolideront encore pendant un certain temps. La durée de la période de déshydratation et de consolidation variera en fonction du type de géotextile et du matériau de remplissage. Généralement, les matériaux grossiers se déshydratent beaucoup plus rapidement que les matériaux fins tels que l'argile limoneuse. Une fois que la déshydratation prévue a eu lieu, les tubes de géotextile peuvent être enterrés, remplis, etc.

En résumé

Bien que la technologie des tubes géotextiles remplis de drague soit utilisée depuis de nombreuses années, des projets de grande envergure ont récemment attiré l'attention sur ce secteur. En collaborant avec le GRI pour documenter une spécification conforme aux normes de l’industrie, la méthodologie a gagné en crédibilité. La technologie et l'industrie sont encore jeunes, mais des protocoles nouveaux et améliorés sont mis au point quotidiennement. L’avenir est certainement prometteur pour les tubes géotextiles remplis de drague.

(Geotube® est une marque déposée de Ten Cate Nicolon)

Extrait de CE News for The Business Of Civil Engineering

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