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MCANISMES DE DRAINAGE ET DE FILTRATION

Notes de cours complmentaires au cours GCI 310 Mcanique des sols

Le but de l'utilisation d'un filtre en gotechnique est de permettre le passage d'un fluide tout en prvenant la

dgradation du sol par des forces hydrauliques due l'coulement du fluide. En d'autres mots, un filtre doit retenir le

sol et permettre le passage de l'eau. Ces deux exigences sont contradictoires si elles sont appliques de faon

extrme. En effet, la limite si on veut que toutes les particules soient retenues, on utilisera un cran impermable et

de ce fait, l'eau ne pourra traverser. D'un autre ct, si on dsire que le passage de l'eau ne soit pas gn, les pores du

filtre seront tellement gros que pratiquement aucune particule de sol sera retenue. Donc, la conception d'un filtre doit

tenir compte de ces deux exigences et s'appliquer aux conditions de sol, d ' coulement et de charge en prsence sur

le site.

Rles du filtre et du drain

Dans les ouvrages de gnie civil, le rle des systmes de drainage consiste :

vacuer les eaux de ruissellement

Contrler les coulements intermittents

Rabattre le niveau des nappes phratiques

Diminuer et matriser les pressions d'eau

Acclrer les phnomnes de consolidation (drain-mche).

Rtention des sols

Lcoulement de l'eau dans le sol exerce des forces de tran sur les particules qui consquemment ont tendance sedplacer. Il y a dplacement si les forces de tran dpassent les forces de cohsion des particules. Ces forces de

rsistance peuvent rsulter de plusieurs mcanismes tels que l'emprisonnement de particules l'intrieur d'un

squelette form par de plus grosses particules; la friction entre particules et les forces d'attraction entre les particules

(mcanisme qui gnre les sols cohrents). Le filtre doit rsister aux pressions engendres par le sol et le liquide et

doit avoir une grosseur d'ouverture approprie pour retenir les particules qui doivent tre retenues. Pour le choix d'un

gotextile filtre, on doit d'abord identifier la nature du sol, savoir si on est en prsence d'un sol stable ou instable.

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Sol stable

Le sol est considr stable s' il est en mesure de dvelopper une processus de filtration. Ces sols sont de type

granulaire ou cohrent, de granulomtrie tale ou uniforme.

Sols granulomtrie tale continue

Pour ces sols, le filtre doit retenir les plus grosses particules. En effet, les grosses particules sont bloques par les

ouvertures et bloquent ensuite les particules plus fines. On obtient alors un auto-filtre (figure 5).

Sols granulaires granulomtrie uniforme

Pour les sols granulomtrie uniforme, non ou peu cohrent, les ouvertures des gotextiles doivent donc tre plus

petites que le diamtre moyen des particules (figure 6). De nombreux gotextiles satisfont cette condition pour les

sables fins. Par contre, pour certains sols trs fins ( cendres, silts, limons non argileux, loess, etc. ) on peut avoir une

pntration des particules dans le gotextile qui entrane parfois du colmatage interne. On recommande dans ces cas

d'utiliser des gotextiles spcifiques avec une poromtrie plus ferme.

Sols cohrents

Les sols cohrents ont une grosseur de panicule gnralement infrieure celle des ouvertures du filtre. Cependant,

les fines sont lies entre elles par des forces de cohsion importantes qui forment au contact du filtre, de petites

votes stables (figure 7). Le risque de colmatage est d'autant plus faible que ces sols sont peu permables et que le

gotextile, mme pntr par une quantit importante de panicules, gardera une permabilit trs suprieure celle

du sol.

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Sol instable

Ces sols peuvent difficilement dvelopper un processus de filtration, ils ont le potentiel de pertes de particules travers le filtre. Dans cette catgorie, on retrouve la granulomtrie discontinue chelon (gap-graded soil) et les sols

avec une fraction de fines instables, caractriss par une courbe granulomtrique trs tale (D6o /D1o >20) avec

une courbure concave vers le haut (figure 8). Pour un sol instable, le choix d'un gotextile est complexe et constitue

un dfi de taille. Dans certains cas, mais pas tous, il peut exister un filtre avec une taille d'ouverture approprie.

Critres de rtention

Le critre de rtention des particules de sol est gnralement exprim par un rapport entre l'ouverture de filtration du

gotextile (reprsentant sa poromtrie) et la dimension des plus grosses particules de sol susceptible de le traverser

(D).

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Ouverture de filtration

Diverses techniques ont t dveloppes pour mesurer la taille des pores d'un gotextile. Elles sont divises en trois

classes: les mthodes directes (optiques ou par analyse d'images); indirectes (tamisage) ou thoriques (calcul de la

poromtrie).

Les mthodes par tamisage sont les seules a avoir t normalises. Le diamtre d' ouverture de filtration est dfini

comme la dimension D95 de la courbe cumulative des particules passant au travers le gotextile pendant le

tamisage. En d'autres mots, D95 est la dimension de l'ouverture du gotextile dont 95% de ses ouvertures sont

infrieures cette valeur. Au Canada, deux mthodes sont actuellement utilises: le tamisage hydrodynamique qui

donne le paramtre FOS (Filtration Opening Size) (CAN/CGSB 148.1-10) et le tamisage sec qui donne le AOS

(ASTM D 4751-81).

Pour mesurer le FOS, on dpose sur le gotextile, une quantit dtermine de billes de verre et on le soumet une

srie d'immersions et d'mersions dans un bac rempli d'eau. Les particules sont alors entranes travers

l'chantillon. Cette procdure simule des conditions que l'on retrouve dans des applications de filtration et de

sparation. Selon certains1, le FOS est donc le seul critre appliquer pour la conception de filtres et de sparateurs.

En effet, la procdure d'immersion et d'mersion force les particules passer au travers du gotextile. Aussi, le fait

de mouiller les particules pendant le tamisage, limine les forces d'lectricit statique la surface des particules et

des fibres. Avec le tamisage sec, les forces lectrostatiques qui se dveloppent pendant le test, entranent uneagglomration des particules, mme en utilisant un agent antistatique. On obtient alors des rsultats qui peuvent

s'avrer compltement errons.

Il est noter que la mthode utilise pour valuer l'ouverture de filtration doit correspondre celle prescrite dans le

guide de slection pour le critre choisi. On prsente la figure 9, des critres de rtention pour diffrents types de

sol. Il est noter que les diffrentes ouvertures Ox.x correspondent au tamisage sec.

1 SAGEOS (Centre d'analyse des gosynthtiques)

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Annexe A Schma de la dmarche pour slectionner un filtre gotextile

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