Diagnosis and repairs of internal erosion on earthfill dams, Q.86 - R.67, Vol. III
Diagnostic et traitement d'érosions internes sur des barrages en terre, Q.86 - R.67, Vol. III
Résumé
Saint Ferréol dam is the oldest French dam and was built in 1667-1675. The dam is 35 m high and includes an upstream masonry wall backed by a downstream earthfill. The dam history, the piezometers and investigation results show that internal erosion has been extensive and that a new watertight barrier should be designed and built. In 2005, a slurry trench will be built downstream the masonry wall and will be completed by foundation and contact grouting. Couzon dam (35 m, 1811) has a design very close to Saint-Ferréol. The dam shows no detrimental evolution thanks to the watertightness of the upstream wall and the drainage properties of the material placed in the downstream shell. Torcy-Vieux dam (12.7 m, 1800-1811) is an homogeneous earthfill dam. In 1997, internal erosion resulted in seepage exiting at the upper part of the downstream slope, probably along the root system of trees cut in 1988. The dam has been strengthened with a downstream backfill placed on a granular filter. Montaubry dam (16.6 m, 1859-1861) is also an homogeneous earthfill dam with trees on the downstream slope. After Torcy-Vieux, it was strengthened with a downstream backfill. During the reservoir drawdown required for the works, a sinkhole appeared which implied additional works mainly consisting of grouting along the intake masonry conduit. The central part of Carcès earth dam (14 m, 1933-1994) is founded on alluvium meanwhile both sides are on bedrock. In 1959, 1993 and 1997, unexpected leakage appeared on the downstream slope, coming probably from transverse cracks in the embankment due to the settlement of its foundation. In order to prevent piping through the dam and unstability of its downstream slope, a toe weight was built on drainage layer in 1996. In the same time, the monitoring system has been gradually improved and this contributes to the enhancement of the dam safety. Two homogeneous earthfill dykes (12 m, 1994) associated with Petit Saut dam in French Guyana experienced complex seepage in a weathered granite foundation with unfavourable downstream topography. Between July 2000 and January 2001, the dykes have been strengthened by jet-grouting at depth. The reported cases show how internal erosion is a complex, slow and difficult to detect phenomena which should however be anticipated to maintain the required level of safety. The importance of technical inspection and monitoring of earthfill dams is also confirmed.
Ce rapport expose plusieurs expériences françaises de phénomènes d'érosion interne et d'infiltrations ayant pu présenter des risques importants pour la sécurité de barrages en remblai et les mesures correctives apportées pour permettre de revenir à une exploitation normale des ouvrages. Le barrage de Saint Ferréol (32 m, 1667-1675) est le plus ancien des barrages français encore en service. Il s'agit d'un barrage mixte dont l'étanchéité est assurée par un mur amont en maçonnerie épaulé à l'aval par une recharge en remblai. Différents désordres ont marqué la vie du barrage. Leur diagnostic a conclu qu'il était nécessaire d'assurer une étanchéité complète et fiable du barrage. Les travaux de confortement projetés consistent en la construction d'une paroi moulée sur toute la longueur du barrage dans le remblai à l'aval du grand mur, complétée par des injections de liaison avec la fondation et les galeries. Le barrage du Couzon (35 m, 1811) présente une conception très semblable à celle de Saint-Ferréol. L'absence de désordres significatifs sur cet ouvrage peut être imputée à une étanchéité du mur amont vraisemblablement meilleure, et surtout au caractère beaucoup plus drainant du remblai aval. Le barrage de Torcy-Vieux (12,7 m, 1800-1801) est un ouvrage en terre homogène. Les indices d'érosion interne se sont essentiellement traduits en 1997 par des écoulements débouchant en partie haute du parement aval, probablement le long des réseaux racinaires des arbres coupés en 1988. Le barrage a été conforté par recharge aval complète, avec interposition d'un filtre granulaire. Le barrage de Montaubry (16,6 m, 1859-1861) est également une digue en terre homogène, avec, lui aussi, des arbres en parement aval jusqu'en 1988. Il a été conforté, à la suite de Torcy-Vieux, par recharge aval. Un fontis est toutefois apparu au cours de la vidange nécessaire aux travaux, ce qui a rendu nécessaires des travaux complémentaires, notamment par injections le long du conduit maçonné de prise d'eau. Le barrage de Carcès (16 m, 1933-1934) est fondé en partie centrale sur des alluvions compressibles et repose en rives sur le rocher. Il a été le siège de l'apparition inopinée de suintements sur le parement aval probablement dus au développement de fissurations transversales dans le remblai sous l'effet du tassement de sa fondation. En 1996, devant la crainte de l'amorce d'une érosion interne ou d'un glissement du talus aval, une recharge a été sur drain-filtre a été créée jusqu'à mi-hauteur du talus aval. Si tous les phénomènes ne sont pas complètement jugulés aujourd'hui, cette recharge sécurise le talus, en complément d'une auscultation et d'une surveillance renforcées du barrage. Enfin, deux digues en terre homogène (12 m, 1994) associées au barrage de Petit Saut en Guyane Française ont connu des phénomènes complexes d'infiltrations dans une fondation d'altération granitique, avec une topographie défavorable à l'aval. Le confortement de ces digues a consisté, entre juillet 2000 et janvier 2001, en la réalisation d'un écran au jet-grouting à grande profondeur: ce traitement s'est révélé efficace et performant bien qu'il fut exécuté en conditions difficiles. Les cas évoqués illustrent la complexité du phénomène d'érosion interne, lent et difficile à détecter et dont l'anticipation des effets est cependant essentielle au maintien de la sécurité du barrage. Ils confirment aussi toute l'importance de la surveillance et de l'auscultation de ouvrages en terre.