BRGMinfoterre.brgm.fr/rapports/RR-33406-FR.pdfpar exemple dans le DTU 13.2 (fondations profondes)....

BRGM L'ENTREPRIS! AU SERVICE DE LA TIME

R 33 406 NPC4S91 Le 4 septembre 1991

S.E.M. D U VERSANT NORD-EST

Z.A. RAVENNES LES FRANCS TOURCOING (Nord)

EXAMEN GEOLOGIQUE ET GEOTECHNIQUE PRELIMINAIRE

B. BOY A VAL

D O C U M E N T N O N PUBLIC

BRGM - NORD - PAS-DE-CALAIS Fort de Lezennes - 59260 Lezennes, France

Tél.: (33) 20.91.38.19 - Télécopieur : (33) 20.05.54.87

S.E.M. DU VERSANT NORD-EST

Z.A. RAVENNES-Ies-FRANCS - TOURCOING (Nord)


RESUME

A la demande de la S . E . M . du versant nord-est de la métropole Nord, le B R G M

Nord-Pas-de-Calais a réalisé une étude géologique et géotechnique préliminaire d'un

ancien site de décharge sur la Z . A . R A V E N N E S - L E S F R A N C S à T O U R C O I N G

(Nord).

Les travaux réalisés sur le site sont les suivants :

- 3 pénétromètres,

- 3 sondages géologiques,

-1 piézomètre.

Pour compléter cette étude, nous avons demandé à la C . F . G . d'évaluer la

corrosivité des eaux et des sols vis-à-vis des aciers et des bétons de fondation.

L'étude a mis en évidence 5 à 6 m de remblais, puis 3 m de niveau silteux et

enfin l'Argile des Flandres.

L'étude de la C . F . G . a conclu sur la nécessité d'effectuer quelques analyses

complémentaires avant le choix définitif d'un ciment approprié à ce milieu.

10 pages - 4 annexes

2

SOMMAIRE

1. GENERALITES

2. SITUATION ET TOPOGRAPHIE

3. DEFINITION DE LA RECONNAISSANCE

4. RESULTATS DE LA RECONNAISSANCE

4.1 - Nature des terrains 4.2 - Niveau d'eau

4.3 - Caractéristiques mécaniques

5. M O D E DE FONDATIONS - HYPOTHESES PRELIMINAIRES

5.1 - Fondations superficielles dans les remblais

5.2 - Fondations profondes

6. CORROSIVITE DES EAUX ET DES SOLS DE LA DECHARGE

7. C O N C L U S I O N

Pages

3

3

4

4

4 5 5

6

6

7

9

LISTE DES A N N E X E S

Annexe I Plan de situation générale

Annexe II Plan d'implantation des sondages

Annexe III Sondages de reconnaissance

Annexe IV Etude C . F . G .

3


ZA. RAVENNES-les-FRANCS - TOURCOING (Nord)


1. G E N E R A L I T E S

A la demande de la Société Anonyme d'Economie Mixte (S.E.M.) du versant

nord-est de la Métropole Nord, le B R G M Nord-Pas-de-Calais a procédé à l'examen

géologique et géotechnique préliminaire des horizons superficiels de la décharge qui

occupe l'extrémité nord de la Z . A . R A V E N N E S - LES F R A N C S à T O U R C O I N G

(Nord) (voir plan de situation générale en annexe I).

Pour compléter cette reconnaissance, nous avons également évaluer la

corrosivité des eaux et des sols vis-à-vis des aciers et des bétons de fondation.

Le présent rapport et ses annexes rendent compte des travaux réalisés.

2. SITUATION ET TOPOGRAPHIE

La décharge étudiée se situe à l'extrémité nord-ouest de la zone d'activités dite

de R A V E N N E S - L E S F R A N C S . Elle est composée de deux parties principales

séparées par la rue du Beau Séjour.

La première partie, d'une superficie d'environ 15 000 m 2 , est limitée à l'Ouest

par le sentier du Beau Séjour, au Sud par l'extrémité du chemin du Clinquet et au

Nord-Ouest, par la rue du Beau Séjour.

4

La seconde, d'environ 5 000 m 2 d'emprise, est enserrée entre l'extrémité de la

rue de Rotterdam, la rue du Beau Séjour et l'emprise du domaine S . N . C . F . .

Les "déchets" apportés sur le site ont générés une topographie irrégulière avec

des dénivelés pouvant atteindre 6 à 8 m .

3. DEFINITION DE LA RECONNAISSANCE

Les travaux de reconnaissance (préliminaires) ont été réalisés courant juin et

août 1991. Les investigations ont été les suivantes :

- 3 sondages géologiques notés SI, S2 et S3, ayant respectivement 11 m , 11 m et

12 m de profondeur ;

- 3 sondages pénétrométriques notés PI, P2 et P3, arrêtés également vers 11 m de

profondeur ;

- 1 piézomètre (Pz) de 11 m de profondeur mis en place dans le sondage SI, afin de

permettre des prélèvements d'eau sous la décharge.

L'implantation de chacun des sondages est précisée sur le plan de l'annexe II.

4. RESULTATS DE LA RECONNAISSANCE

Les six sondages réalisés sur le site ont mis en évidence les points suivants :

4.1 - Nature des terrains

L'épaisseur des remblais reconnus issus de cette décharge atteint 5 m (S2) à

6,50 m (SI et S3). Ces remblais sont à prédominance sablo-graveleux et contiennent

de nombreuses inclusions (briques, blocs de béton ...) surlesquelles ont été obtenus

des refus au pénétromètre.

5

Sous les remblais, nous avons mis en évidence un horizon silteux ayant environ

3 m à 3,50 m d'épaisseur. Au-delà, on rencontre un niveau plus argileux qui

correspond à l'Argile des Flandres. Cette argile a été reconnue sur 2 m ; elle est

légèrement sableuse (silteuse) en tête et probablement altérée sur quelques mètres.

L a coupe de chacun de ces sondages est fournie en annexe III.

Remarque :

Si la topographie initiale (avant mise en dépôt des déchets) a été creusée

localement, il est possible que l'épaisseur des remblais y soit plus importante.

4.2 - Niveau d'eau

L'eau a été rencontrée respectivement à 6,50 m (S3), 8 m (SI) et 9 m (S2) de

profondeur. Il s'agit d'un niveau d'eau contenu dans les silts et retenu par les argiles

sous-jacentes (Argile des Flandres) imperméables.

Le piézomètre mis en place permettra de suivre régulièrement les fluctuations

de ce niveau statique et de prélever des échantillons afin de les analyser en

laboratoire.

4.3 - Caractéristiques mécaniques

Les 3 sondages pénétromériques ont permis de recueillir quelques

caractéristiques mécaniques concernant les remblais et les terrains en place.

4.3.1 - Remblais

Les résistances à la pénétration du cône sont plus importantes dans les sondages

PI et P3 (qc > 3 à 4 M P a ) que dans le sondage P2 (qc > 2 à 3 M P a ) . E n P3, on

notera la baisse de résistance entre 3,50 m et 5 m de profondeur (q > 1,5 M P a ) .

6

4.3.2 - Sût

Les valeurs de q c sont comprises entre 1 et 1,5 M P a .

Le niveau situé directement au contact des remblais présente les

caractéristiques les plus faibles de cet horizon. O n peut donc considérer qu'il existe

une frange d'altération en tête de ces limons et qu'elle serait liée à la présence des

remblais, mais aussi à la présence du niveau phréatique.

4.3.3 - Argiles

Les argiles ont des valeurs de q c supérieures à 2 M P a et ne dépassent pas

4 MPa.

Plus en profondeur, les caractéristiques mécaniques de ces argiles devraient

croître pour atteindre des valeurs moyennes plus importantes pouvant atteindre 4 à

5 M P a (à vérifier).

5. MODE DE FONDATIONS : HYPOTHESES PRELIMINAIRES

5.1 - Fondations superficielles dans les remblais

Pour envisager un système de fondations superficielles au sein des-remblais, il

convient de rappeler que ce milieu est, par définition, hétérogène.

C e système de fondations pourrait être adapté à des bâtiments légers, souples

(articulés), ayant un dallage supportant de faibles surcharges.

U n e reconnaissance complémentaire suffisamment dense et adaptée à chacun

des futurs bâtiments est donc indispensable pour conclure sur un tel m o d e de

fondations.

7

Cette reconnaissance aura, entre autre, pour objectif de vérifier la nature et la

consistance des remblais (ilôts d'ordures ménagères ou autres).

A l'extrême, on effectuera un sondage sous chacun des points d'appui en

limitant la reconnaissance au toit de l'Argile des Flandres.

E n première approximation, d'après le D T U 13.11 (fondations superficielles),

la contrainte ultime q u serait de l'ordre de 0,6 M P a (pour q c > 2 M P a ) . L a contrainte

de calcul q étant la plus petite des deux valeurs q u / 2 et celle qui dispense de tenir

compte des tassements différentiels dans la structure ; elle est évaluée à :

q = 0,3 M P a (hors tassements différentiels)

Pour chaque projet, le tassement sera alors évalué pour des charges calculées

aux Etats Limites de Service (ELS) soit en première approximation, sous q u / 3 .

Cette évaluation n'a pas valeur de calcul de fondations mais est fournie à titre

purement indicatif.

5.2 - Fondations profondes

Si le m o d e de fondations superficielles ne peut être retenu, on s'orientera vers

un système de fondations profondes ancrées dans l'Argile des Flandres.

U n e reconnaissance complémentaire pourra être poussée jusqu'à 20 ou 25 m de

profondeur.

6. CORROSIVITE DES EAUX ET DES SOLS DE LA D E C H A R G E

L'étude menée par la Compagnie Française de Géothermie (C.F.G.) a eu pour

objectif d'évaluer la corrosivité des eaux et des sols vis-à-vis des aciers et des bétons

qui pourront être utilisés afin de réaliser les fondations des bâtiments au sein des

remblais (voir annexe IV).

8

Cette étude a été menée par la C . F . G . sur la base des résultats d'analyses

fournies par S O L S - E T U D E S - F O N D A T I O N S (rapports B / 8 9 303 et B / 8 9 303 bis).

Nous retiendrons de cette étude qu'un ciment classique ne résistera pas à la

corrosion. Notons qu'un ciment classique est un ciment pauvre en C^a (type ciment

de Quentin) et qu'un C P A ne convient donc pas.

La C . F . G . préconise un enrobage de 2 à 3 c m de matière (béton) autour des

armatures métalliques. Rappelons que cet enrobage correspond au m i n i m u m imposé

par exemple dans le D T U 13.2 (fondations profondes).

Afin de définir précisément quel type de ciment utiliser dans ce milieu, il

convient de préciser :

- les teneurs en sulfates des sols,

- le potentiel d'oxydo-réduction des fluides,

- les résultats d'analyses de gaz, notamment C(>> et H 2 S (éventuellement),

- les p H et E h des eaux (mesurés dans le piézomètre).

Nous conclurons cette étude de corrosivité en précisant que pour l'instant, il n'y

a pas d'impossibilité à mettre en place des bétons dans ce milieu, mais qu'un

complément d'étude (voir ci-dessus) est cependant nécessaire pour définir le type de

ciment qu'il conviendra d'employer.

Pour les aciers, le risque de corrosion est faible et peut être réduit en

augmentant l'enrobage (par exemple 4 à 6 c m ) .

Rappelons également que les fondations ne sont pas systématiquemet armées ;

citons l'exemple d'un pieu qui, ne subissant pas d'efforts horizontaux, pourra être

dépourvu d'armature.

9

L'adaptation de la structure (superstructure) pourra donc contribuer à limiter

les études et les risques vis-à-vis de la corrosion.

Enfin, la mise en place de témoins de corrosion en acier et éventuellement en

béton pourra être utilisée pour contrôler régulièrement l'état de ces éléments.

7. C O N C L U S I O N

La reconnaissance géologique et géotechnique préliminaire a mis en évidence

des remblais superficiels sur au moins 5 m d'épaisseur.

Au-delà, on rencontre environ 3 m de silt gris-vert puis l'Argile des Flandres.

A u sein des remblais, les mesures de la résistance à la pénétration du cône

(essais pénétrométriques) ont fourni des valeurs supérieures à 1,5 M P a .

U n m o d e de fondations superficielles pourra éventuellement être étudié à

condition d'effecteur des reconnaissances complémentaire suffisamment denses au

droit de chaque futur bâtiment et à condition que la structure de chacun d'eux soit

conçue pour reprendre les déformations liées aux tassements différentiels.

Si une solution par fondations superficielles ne peut être retenue, on s'orientera

vers une solution de fondations profondes ancrées dans l'Argile des Flandres.

Pour envisager cette dernière solution, il convient de reconnaître les sols jusqu'à

environ 20 ou 25 m de profondeur.

10

Enfin, l'évaluation de la corrosivité des eaux et des sols de la décharge n'ont pas

mis en évidence d'impossibilité de mettre en place des bétons (et aciers) de fondation

dans ce milieu, mais un complément d'étude est cependant nécessaire (voir

paragraphe 6) pour définir le ciment approprié.

Nous restons à la disposition du Maître d'Ouvrage pour lui fournir toutes les

informations complémentaires qu'il souhaiterait concernant ce rapport.

V u par J . C P I N T E B. BOYA VAL

Responsable du service géotechnique Ingénieur géotechnicien B R G M N P C

BRGM NPC

ANNEXES




ANNEXE I

PLAN DE SITUATION GENERALE

Echelle 1/


ZA. RAVENNES-Ies-FRANCS - TOURCOING (Nord)


ANNEXE II

PLAN D'IMPLANTATION DES SONDAGES

R 33A06 N P C AS 91 ANNEXE II

PLAN D'IMPLANTATION DES SONDAGES "1"j~n7j>»—•

Do r~,d . S .*J.c -F.

!0?C=l

• > • • , •

"1.

;OMMU"NE OURCOING

^

S eel \ .«f lPPM1/~.\ \ /

c;j ;; t M.tC

S ection

PPMA • -.

BÄ

•

"P2 Q ^ S 2

i:*i

( T I / / •/ ï».ir

*\ PPM3

\

' !•' ' I

\

^<L i^t-t-.

COMMUNE DE BO:NDUES TOURCOING - Z.A. Ixs Frane;

Analyse diimique de la [X)llijiinu

des Ierre:;




ANNEXE III

SONDAGES DE RECONNAISSANCE

R 33406 N PC AS 91 ANNEXE III 1/6

Pontignac sari

40 rue Emile Basly 59410 ANZIN Tel 27 46 90 15

27 27 22 80

T0URC0IN6 - 59 rue du Beau Séjour

S.E. M. Z.A. Ravennes les Francs

IPEßOETia©MiETiiaiE S T A T U Q M S

Anneve

P1 17/06/91

10 20

Frnfi pment

30 40

Résistance 1 2 3 4 5 10

- -, : r.

ÄF" TTT! j

~^zz- - 3 . - I ; ' ' i ' •

• ~^. r-7-"^-' * ' * 1

•Fnranp áila taijièi

< i V

¿Qtaaè à|la|ta^ièi ! ^ ;

e rtéliboïualè 0

1 ' i T lui e heliboïfclalè 0

i i i i

^™*«^J

; <[^

i

r—— ^

1

_L 1

^ \

1 '

j j

1

> !

I

IK

lie

mn

mn

Í

r l i

i j j j_ X 1

»

!

1

latéral p n VU

50 60 70 80

à la pénétration du cône (qc) en MPa 15 20 30 40

JjJ -—-:

r i 1

1 1

. f

! 1 ! ' i ' Il 1 1 1

1 i »

i í

T S I I | Í II

^ * C T :

S

ffl

"T

LL

t

!

1

J-i !

"jTjîi

! • •

I 1 Et ! H i ti i II i M : i' 1 \\ 1

! ! I fi III I 1 |[i

TTT t i III 1 'i w i

i i i

. ; » i i

1

j

1

1

j 1 j I

j

i

:

1 — i 1

|

j !

! !

1

M i i

IN ¡ I

j I 1;

j in

» « j * i i Él I M I

i! I'll i

í 1 ¡ 1 ill

• 1 ! ¡ill 111 • i ! ||

\ \ i l l"l í> i l l ¡!

i¡ ¡1 M 1 !

1 1 i 1 til ill il i il ï \<\\ 1 :'lf 1 Mill l| ! ¡Il : 111 1 1 ! Il III

1 il II! ! 1 II M <

Il M ! 1 1

6 1 ! t1 t l l

i ¡ ii | [ i t y

! il lui ni! Il

M i il II;! !i ! 1 ! ! tu m iifi n

qc MPa

2.8 3.4 13 5 32 24 0 5.6 3.8 27 0 6.8 0 1.6 1.8 2.4 2.6 2.8 2.4 3 2.8 4

8.4 4.4 24 27 5 21 40 0 2.6 18 0 3.4 32 1.8 1.4 7.4 2.8 2.4 3.4 2.8 2.6 3.2

metre* Nota : 1 tiéga Pascal (MPa) = 10 bars

R 33406 N P C 4S 91 ANNEXE III 2/6

Pontignac s a r i

40 rue Emile Basly

59410 ANZIN Tel 27 46 90 15

27 27 22 80

TOURCOING - 59 rue du Beau Séjour

S. E. M. Z.A. Ravennes les Francs

annexe

51 17/06/91

ilSUftSDM S1 P1

0

1

2 -1

3

4

5

6

ÎRRRRRÏ 'RRRRR !RRRRR ÎRRRRR RRRRR

ÉRRRRRJ RRRRR BRRRRR

ÊRRRRR '.RRRRR ÍRRRRR 2T3P-PPT3 RRRRR

^RRRRR 'RRRRR^ ÎRRRRR1 RRRRR

frrr-.r-r-.rr.

3.2

4.6

6.1 6.4

7.4

8.1

9.6

11

4

5

6

7

8

9

10 H

11

mètres

12

13

14

15

16 H

17

18 -

19 -

20

Niveau d'eau

Remblai silto-graveleux à sablo-graveleux brun-noir à incl. < if ère arrivée :

Fin de sondage: 8 . 0 0 m

Remblai silto-gr-âveleux brun o inclusions diverses

RembUi silto-qr-aveleux brun à inclusions diverses

remfti^ ^.»¿- '¿-yelj-jy ErV. I V>i,'j?\i.T,? GH-LPti?

Silt marron-gris-verdatre

Silt msrron-beige-verdâtre à traces rouilles

Silt beige-çris-vert à traces rouilles

Argile silto-sableuse gris-vert (A.F.)

Tube piézométrique de 0.00 à 11.00 m + capot de protection

Tube lisse de 0.00 à 7.00 m Tube crépine de 7.00 à 11.00 m

metres

R 33406 N PC 4S 91 ANNEXE 111 3/6

Pontignac sar i

40 rue Emile Basly 59410 ANZIN

Tel 27 46 90 15

27 27 22 80


S.E. M. Z.A. Ravennes les Francs

PE5üE,iriB©ífl!Eiir!BE S T A T O Í K Ü E

Annexe

P2 17/06/91

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 1

12

13

14

15

16

17

18

19

-?n

10

1 2 3

20

4 5

F m t tpmpnt lut Ár*al í»n I'M

30 40 50 60 70 80

Résistance a la pénétration du cône (qc) en MPa 10 15 20 30 40

1 Í 1 _ 1 1 1 "•^sjgSIZ^T^

£oragé à la

T"~Si

__ \-,r^_

. ; -y xjr

^q¿

V

tacièi

_[_ 11

7T1 1 r nn v.

= ^ C \ 1 1 I i

i i

!

1 U q

e hell i

i !

i

3X :on jalé 0

"l 1 i i

! I 1 ! ! i

1

i

i 1

li !

1 1 i

ne

!

1

!

mrr

1 M i' S ' i l 1

j

| |

1 f

j

i i

i

1 i

¡

|

1

i i 1 ! ' i

ï 1 ( i i

1 I ¡ 1 1

i

Í I i

i »

I l

! !

MI i <

! ;

! !

! |

!

1

i

h 1 1 1

! M i

|

j

I

¡ ! ijlilll fl I M ' i i h 1 1 i i ¡ l l | p 1 I f ] i

1 1 1

1 i

M iiiEiipn r"

ill

¡i! illilll 1 1 i 11

! I É l i i ¡i I ! i l l

IE I ¡lili II ill ¡II

I 1 1 1 1

^ JIM if l" lil 1 1 1

;¡ fil i I M I til (1 i1.

M i ¡¡1 . II Mi ! 1 ! !!l II !l fui

qc MPa

3.4 3.2

10.8_ J-8

7.8 36

2.4

1 1

O 2.6 6.6 2.Ö 4.8 2.4

1.8

.8

1.8 3.8 1.6

2.4

1.8 4.4

1.6 1.6 4.4

19.6„

1.8 .1.6

2.4

2.2 2.8 2.6 2.6

2.2 2.4 2.8 2.4 3.2 2.2

metreí Nota : 1 Mega Pascal (MPa) = 10 bars

R 33406 N P C 4S 91 ANNEXE III 4/6

Pontignac s a r i


27 27 22 80



Mnnexe

S2 17/06/91

¡MBÄI3E @E@ÍL@§[](!UJE S2P2 0

1

4

5

' ri n: K ri K

RE73RR RRRRRÎ

7

8 -{

9

10

11

12 -

13 -

14 -

15 -

16 -

17 -

18 -

19

2 0 - ^

*WV***ffV

0

1

3.2 o -

4

5.1 5

6 -

7.3

8.5

8 -

metres

9

10

11 11 -{

12

13 -

14 -

15 -

16 -

17 -

13 -

19 -

20 -L

Remblai silto-araveleux brun avec inclusions diverses

Remblai silto-graveleux grisâtre avec inclusions diverses

Silt beiqe-marron-clair à traces rouilles

Silt argileux gris-beige-marron-clair panaché de rouille

Argile silto-sableuse gris-vert (A.F.)

Niveau d'eau

1 ère arrivée :


metres

R 33406 N P C AS 91 ANNEXE HI 5/6

Pontignac sari

•40 rue Emile Basly 59410 ANZIN Tel 71 46 90 15

27 27 22 80

T0URC0IN6 - 59 rue du Beau Séjour


(PEMETKÖMETTKIE STATIIOME

Annexe

P3 28/08/91

10

1 2 3

20

4 5

Frnt t p m p n t lateral p n IrW

30 40 50 60 70 80 Résistance à la pénétration du cône (qc) en MPa

10 15 20 30 40

- T - • \ - < i ' i 1 1 1 1 ! I 1 ¡I Ill llil

i i !_ ' 1 r *— ¡ » [ i i " ¡~ 1 I I

¿ 3 — — k ¡ i t i i i i i i

1

<

**"

/

i

1

.

i i 1

>

i

i

•

.

1 ! I 1

Í i

!

! 1 1 i

|

I

m.J-

1

\

1

|

t i

— - i ilillÜllllll

-

1 ||! 1

V J

il ' i ! i 111 Uli

1 11

Il 111 1 || i

1II II ijl Tllli 1 II í i ti fe "I lí

1 II1 I IP

qc MPa

7.4 5.4 28 2.8

2.6 2.4 1.8 1.8 7.6 4.4 7.8 1.6 2.2 2.2 2.6 2.4 2.8

6.6 28 29 7.6 7.6 42 26 1.4 2.8 1.2 3.4 5.8 3.2

1.6 2.2 2.2 2.4 3.4 3.9

mètres Nota : 1 Mega Pascal (MPa) = 10 bars

R 33406 N PC 4S 91 ANNEXE III 6/6

Pontignac s a r i


27 27 22 80


S. E. M. Z.A. Rovennes les Francs

Annexe

53 29/03/91

[©[Lûiodyi S3P3

0

1

iPRRRR '.RRRRR '.RRRRR RRRRR

2 - :

3

4

5

6

' V

'.RRRRR PPPPR

ÎRRRRR '.RRRRR ppppp

ÎRRRRR '.RRRRR RRRRR

!RRRRR '.RRRRR !RRRRR RRRRP

!RRRRR '.RRRP.R^ RRP.RRl

7 -

8 ->

y-fe-

1.3

0

1

6.3

6.9

8.8

2 J

3

4

5

6

8 -

9 -

10 -

10.7 11

12.3

mètres

r12 -

13 -

14

15

16

17

18 -

19 -

20

Remblai silto-graveleux brun à ¿bs div. (mox bn'q./craie/p1<

Remblai silto-sabl. à gravel, brun-noir, (mcx briq./scories/

Silt gris-vert a pigmentations noirâtres

Silt gris-vert à beige-ocre

Silt argilo-sablonneux gris-vert

Silt sableux à sable argileux gris-vert

;tique)

Niveau d'eau

1 ère arrivée :


metres


ZA. RAVENNES-Ies-FRANCS - TOURCOING (Nord)


ANNEXE IV

ETUDE C.F.G.

R 33406 N P C 4 S 91 ANNEXE IV

EVALUATION DE LA CORROSIVITE DES EAUX ET SOLS

DE LA DECHARGE DE LA Z.A. RAVENUES LES FRANCS

TOURCOING

Bernard GAUTHIER

Véronique PIGNON

9IÄCFG;25

COMPAGNIE FRANÇAISE POUR LE DEVELOPPEMENT DE LA GEOTHERMIE ET DES ENERGIES NOUVELLES

EVALUATION DE LA CORROSIVITE DES EAUX ET SOLS

DE LA DECHARGE DE TOURCOING - Z.A. RAVENNES LES FRANCS

Cette étude consiste à évaluer la corrosivité des eaux et sols de la décharge de la Z.A. RAVENNES LES FRANCS.

On considérera dans cette étude d'une part la corrosivité des fluides vis-à-vis du métal (acier au carbone), d'autre part la corrosivité des fluides vis-à-vis du béton sur la base des analyses qui nous ont été communiquées.

Les deux fluides étudiés correspondent à deux zones bien déterminées de la décharge : la zone I (d'une surface de 5000 m3) est située à l'ouest, la zone II (d'une surface de 15000 ma) est située à l'est.

Les prélèvements d'eaux ont été effectués dans des piézomètres PZ1 et PZ2.

Les caractéristiques chimiques de chaque fluide figurent sur les fiches ci-jointes ainsi que les résultats des analyses des sols réalisées en 4 points différents (PPM1, PPM2, PPM3 et PPM4) de la décharge.

A - CORROSIVITE DES FLUIDES VIS-A-VIS DE L'ACIER AU CARBONE

D'une manière générale, on peut évaluer les risques de corrosion du fer et des aciers non alliés d'après le pH et le potentiel d'oxydo-réduction Eh du fluide corrodant.

Sur les diagrammes 40' a, b et c sont représentées les zones de corrosion, de passivité et d'immunité du métal en fonction du pH et du Eh.

En fait, c'est la figure 40" c qui est probablement la plus proche de la réalité dans le cas de la décharge de Ravennes les Francs.

Pour un pH ~ 7, comme c'est le cas pour les deux eaux analysées, on note que le domaine de corrosion s'étend entre Eh = - 0/6 V et Eh = O. Quand Eh est inférieur à - 0,6 V, on se trouve dans le domaine d'immunité ; quand Eh est supérieur à 0, on se trouve dans le domaine de passivité.

On retrouve à peu près les mêmes résultats si on considère la figure 107.b qui illustre le comportement du fer en solution exempte de chlorures, ce qui est. le cas de l'eau du PZ2 qui ne contient que 17 mg/1 de chlorures.

Par contre, avec une eau chlorurée, le comportement du métal est tout autre. La corrosion débute également pour un Eh supérieur à - 0,6 V, mais la zone de passivité disparaît presque complètement au profit d'une zone de piqûration (cf figure 108.b).

Remarque : ce diagramme est établi par une eau à 355 mg/1 de chlorures, alors que l'eau du PZ1 est à 101 mg/1 de chlorures.

On peut donc conclure qu'à pH fixe, la corrosion ou non-corrosion du métal est essentiellement fonction de la valeur du potentiel d'oxydo-réduction. Malheureusement, ce paramètre ne figure pas dans les analyses mises à notre disposition.

La teneur en chlorures du fluide corrodant est également un paramètre à considérer, sachant que même si l'eau n'est que faiblement chlorurée (comme c'est le cas par exemple figure 108.b), l'impact sur les phénomènes de corrosion reste important. D'après les calculs réalisés (voir en annexe), il semble que le fluide soit relativement oxydant. Dans ce cas, l'acier au carbone sera passive par le fluide à 17 mg/1 de chlorures (PZ2) et en zone de piqûration pour l'eau de PZl.

B - CORROSIVITE DES FLUIDES ET SOLS VIS-A-VIS DES CIMENTS ET BETONS

1 - La corrosion des ciments

Les principaux facteurs de corrosion des ciments sont :

- le pH,

- le C02 agressif qui, en agissant sur l'alcalinité du ciment, provoque une carbonatation,

- l'ammonium/

- le magnésium,

- les sulfates.

2 - La corrosion des bétons

Les bétons possèdent quatre phases liantes :

- la phase C3S (3 CaO, Si02)

- la phase C2S (2 CaO, Si02) ,

- la phase C3A (3 COA Al2 03)

- la phase C4AF (4 Cao AL2 03 Fe03)

Parmi ces quatre phases, c'est la C3A qui est la plus gravement affectée par les phénomènes de corrosion (sulfatation) ; en effet, à partir de cette phase se forme de l'étringite (sulfate de Ca et Al) qui en gonflant peut provoquer une fissuration du ciment, et donc une circulation plus facile de l'eau (et par conséquent des chlorures) jusqu'à l'armature métallique du béton.

On observe également la formation de chloro-aluminate qui, en augmentant la porosité du béton, diminue sa résistance.

Dans le cas d'éléments en béton précontraint (ciment CPA + adjuvant organique ou chloré), les principaux risques viennent de la sulfatation et de la pénétration par les chlorures, et également de la carbonatation (par action du C02 sur l'alcalinité du ciment) mais de façon moins importante dès que ces éléments se trouvent immergés en permanence.

Un dosage du C02 gazeux aurait été utile : en effet, si le fluide qui est actuellement à l'air libre, libère du C02, il y aura risque de formation de "poches" de C02 lorsque ce fluide se trouvera enfermé à l'intérieur d'une structure.

3 - Corroslvlté des sols de la décharge de RAVENNES LES FRANCS

Une norme AFNOR permet d'attribuer aux fluides et sols un certain degré d'agressivité en fonction de leurs caractéristiques physico-chimiques.

En ce qui concerne les analyses de sols, les teneurs en sulfates sont indispensables pour pouvoir évaluer les risques de corrosion et déterminer un degré d'agressivité.

Pour ce qui est des analyses du fluide, on note que :

- à l'endroit du prélèvement PZ1, il y a un risque élevé de carbonatation (teneur en C02 agressif de 68 mg/1) et un risque faible de sulfatation (200 mg/1 de sulfates).

à l'endroit du prélèvement PZ2, il y a un risque faible de carbonatation.

en cas de dégagement de C02, des granulats calcaires seront à éviter pour la fabrication du béton.

Ces risques sont de plus amplifiés par la présence de bactéries, qui influent localement sur le pH et le Eh du milieu, modifiant alors la résistance du matériau vis-à-vis de la corrosion.

C - CONCLUSIONS

Au vu de l'ensemble des constatations précédentes, il apparaît que :

dans la zone PZ1, l'acier sera exposé à une corrosivité moyenne (piqûration), le béton à un risque élevé de carbonatation et à un risque plus faible de sulfatation ; il est à craindre également une pénétration des chlorures dans le béton, jusqu'à l'armature métallique ;

dans la zone PZ2, l'acier sera exposé à une corrosivité faible et le béton à un risque faible de carbonatation, et également à une pénétration des chlorures mais à un degré moindre que PZ1.

Nous pouvons donc déjà prévoir qu'un ciment classique ne résistera probablement pas à la corrosion, surtout dans la zone du PZl qui présente un risque élevé de dégradation par carbonatation.

Il faudra certainement prévoir un minimum de matière (2 à 3 cm) autour de l'armature métallique particulièrement menacée par les chlorures.

Cependant, nous ne disposons pas de suffisamment de données pour envisager de façon précise la nature du ciment à utiliser ; il nous faudrait en effet connaître :

- les teneurs en sulfates des sols ;

- le potentiel d'oxydo-réduction des fluides ;

- les résultats d'analyses de gaz plus complètes, notamment C02 et éventuellement H2S ;

- enfin, il aurait été intéressant de posséder les analyses du fluide correspondant aux analyses de sols.

D'autre part, il faudra conserver les deux piézomètres afin d'effectuer des contrôles des paramètres physico-chimiques (en particulier pH, Eh).

Il faudra également mettre en place des témoins de corrosion en acier et éventuellement en béton.

Quant aux bactéries, elles ne pourraient être éliminées qu'en effectuant une désinfection du sol.

(*) Coethite vieillie aPeOOH

(b) Roethite fraîche aFeOOH

(c) lépidocrocite ïFeOOH

Figure 40 ' . Conditions théoriques de corrosion, d'immunité et de passivation du fer, en admettant que FesOi, n'est pas protecteur et que les oxydes ferriques sont protecteurs.

Extraits de : "Leçons en corrosion é lectrochimique" (Marcel POURBAIX )

Figure 107. Comportement de fer en solution exempte de chlorure (schéma). (a) Courbes de polarisation en présence de solutions de pH 5 â 13; (b) Circonstances expérimentales d'immunité, de corrosion généralisée et de passivité.

Figure 108. Comportement de fer en solution chlorurée (10~2 iongrarane par litre, soit 355 ppm Cl") (schéma), (a) Courbes de polarisation en présence de solutions de pH 5 â 13; (b) Circonstances expérimentales d'immunité, de corrosion généralisée, de passivité parfaite et imparfaite, et de piqûration.

Extraits de : "Leçons en corrosion é lect rochimiaue" (Marcel P O U R B A I X )

CALCULS D'EQUILIBRES THERMODYNAMIQUES DES MINERAUX DES CIMENTS

C A ¿ S I 0 4 . 7 / 6 H C A 4 S I 3 0 U . I / CASS16Û17. ÎH CA5SI6Ü17.21 C A ? S J 3 0 f . 5 / 2

Log IAP/K

- 1 1 . « 6 1 - 3 1 . 9 8 3 - 3 5 . 9 1 9 -?'->. 561 - 1 1 . 6 6 6

Affinité

- M . 6 1 0 -41.732 -46.867 -38.57? -15.?22

Prélèvement dans te piézomètre PZ1

C A 2 S 1 0 4 . 7 / 6 H C A 4 S I 3 O 1 0 . 3 / CA5SI6017.3H CA5S16017.21 C A 2 S I 3 0 8 . 5 / 2

Log IAP/K

- 1 8 . 0 3 6 - 3 0 . 0 8 1 - 3 2 . 9 7 8 - 2 6 . 6 2 0 - 1 0 . 3 3 9

Affinité

- 2 3 . 5 3 3 - 3 9 . 2 5 0 - 4 3 . 0 2 9 - 3 4 . 7 3 4 - 1 3 . 4 9 1

Prélèvement dans le piézomètre PZ2

CA3S1207 .3H2 CA6SI6018 .H2 CA5SÍ6017.11 CASI205 .2H20 NA4SI04

Log IAP/K

-35.078 -48.467 -31.858

-5 .750 -54.467

Affinité

-45.770 -63.239 -41.568

-7.503 -71.06P

CA3SI207 .3H2 CA6SI6018 .H2 CA5SI6017. i l CASI205 .2H20 NA4SI04

Log IAP/K

- 3 3 . 7 1 5 - 4 5 . 2 3 8 - 2 8 - 9 1 6

- 4 . 9 6 1 - 5 4 . 0 8 7

Affinité

- 4 3 . 9 9 1 - 5 9 . 0 2 7 - 3 7 . 7 3 0

- 6 . 4 7 4 - 7 0 . 5 7 3

PZ2

Risque faible 5

de

carbonatatlon

Domaine S.N.C.F.

N

Commune de Bondues

R 33 406 NPC 4S 91

BRGMinfoterre.brgm.fr/rapports/RR-33406-FR.pdfpar exemple dans le DTU 13.2 (fondations profondes)....

Documents

Transcript of BRGMinfoterre.brgm.fr/rapports/RR-33406-FR.pdfpar exemple dans le DTU 13.2 (fondations profondes)....