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1. Infiltration d'eau et drainage temporaire et permanent des structures
Selon une enquête récente de Santé et Bien-être social Canada, environ 38 % des maisons au Canada éprouvent des problèmes d'humidité ou de moisissure. Les inconvénients causés par les infiltrations d'eau découlent du fait que les sous-sols sont prévus généralement pour être secs, ce qui n'est pas le cas avec les infiltrations d'eau. Ces inconvénients sont :
1) Excès d'humidité dans le sous-sol, ce qui peut provoquer des champignons et de la moisissure mettant en danger la santé des occupants;
2) Les matériaux placés dans le sous-sol deviennent humides et généralement hors d'usages;
3) La présence de sels (efflorescence) sur les murs des fondations;
4) Pourriture du bois ayant subis plusieurs cycles de mouillage et de séchage;
5) Hors d'usage du sous-sol lors des infiltrations d'eau;
6) diminution possible de la capacité portante des sols de fondation argileux;
7) Risque du gel du sol de fondation si la profondeur de protection du gel est inadéquate;
8) Diminution de la qualité de l'espace;
9) Si on ne déclare pas aux acheteurs éventuels, ça peut devenir un vice caché.
L'origine des infiltrations d'eau peut être ( SCHL):
1) Niveau élevé de la nappe phréatique par rapport au niveau des fondations;
2) Absence de drainage pour cueillir les eaux d'infiltration de surface;
3) Présence de fissure sur les murs de fondation jouant le rôle des chemins pour les eaux d'infiltration;
4) Absence de protection contre l'humidité des murs de fondations si cette dernière est nécessaire compte tenu des conditions géotechniques et hydrauliques du site;
5) Refoulement d'eau du réseau d'égout municipal;
6) Rupture des conduites d'aqueducs municipales au voisinage du site;
7) Conception inadéquate des fondations;
8) Une source d'eau locale alimentée des conduites abandonnées.
État de connaissance dans le domaine de drainage et référence bibliographique
1. Drainage de route ->Cedergren (1974)
2. Drainages des pentes -> Forrester (2001)
3. Drainage et écoulement d’eau -> Cedergren (1989)
4. Drainage agricole ->Conseil des productions vegetales du Québec,
5. Drainage des excavations -> Powers et al (2007), CIRIA
6. Drainage des sites urbains (urban subsurface drainage) -> ASCE (1998)
7. Drainage souterrain des constructions -> ?
8. Drainage des ouvrages d’art et des murs de soutènement (Navfac, divers documents)
La construction d’immeubles, de barrage, de tunnel et d’ouvrages d’art nécessite souvent l’exécution des travaux d’excavation sous le niveau de la nappe phréatique (drainage temporaire), ce qui nécessite le rabattement de la nappe phréatique durant les travaux d’excavation pour le maintien en sec du fond des excavations et la stabilité des parois. Dans le cas de la construction d’immeubles, l’usage des sous-sols nécessite le drainage permanent de la nappe phréatique et des infiltrations d’eau ou le cuvelage des sous-sols.
Les diverses méthodes de drainage sont choisies en fonction:
1. des dimensions des excavations;
2. des caractéristiques géologiques et géotechniques du site;
3. de la perméabilité des formations;
4. du niveau de la nappe souterraine
1. Premières tentatives de drainage moderne
Le premier rabattement de nappe dans le génie civil moderne date de 1838 (Mansur et Kaufman, 1968), lors du percement du tunnel de Kilsby sur la ligne ferroviaire Londres-Birmingham. Le niveau d’eau fut abaissé par pompage dans des puits verticaux de grands diamètres, forés le long du tunnel. Le débit total de ces puits fut de 8 m3/mn. Après ce premier essai, peu de progrès furent réalisés après pendant ±50 ans.
L’utilisation des pointes filtrantes et des puits profonds ne débuta vraiment qu’en 1896 en Allemagne lors de la construction du métro de Berlin.Aux USA, l’utilisation des pointes filtrantes a débuté vers 1930.
2. Étude de drainage
La nécessité d’un drainage, son choix et sa conception doivent tenir compte de :
1. Les conditions géologiques et géotechniques au voisinage de chantier et du site;
2. L’étendue et la profondeur de l’excavation;
3. La durée de rabattement (temporaire) ou permanent;
4. La perméabilité (V = ki);
5. La stratification et l’épaisseur de la couche perméable à drainer;
6. Le niveau de la nappe phréatique et la pression hydrostatique;
7. Les crues et décrues éventuelles des cours d’eau;
8. Les origines probables des infiltrations d’eau ou rayons d’influence des venues d’eau à proximité du chantier;
9. Le niveau d’eau ou la sous-pression admissible durant la construction;
10. La protection contre les inondations;
11. Les caractéristiques chimiques et la température de l’eau souterraine;
12. Les variations saisonnières des niveaux d’eau.
2.1 Conditions géotechniques (forages et sondages)
La conception et la construction d’un système de drainage nécessite la connaissance approfondie des caractéristiques des sols et du roc au voisinage et en dessous de l’excavation (2,0 fois la profondeur de l’excavation). Les sondages et forages doivent être suffisamment rapprochés pour déceler toute variation importante des sols susceptibles d’influencer le drainage et l’écoulement d’eau vers l’excavation.
Un drainage efficace, de bonne conception et construction procure les facilités de construction suivantes:
1. Rabattement du niveau de la nappe phréatique et captage des infiltrations d’eau sur les pentes et au fond de l’excavation;
2. Augmentation de la stabilité des pentes de l’excavation;
3. Diminution des risques d’érosion sur les pentes et au fond de l’excavation;
4. Réduction des poussées des terres sur les murs de soutènement;
5. Diminution des risques de tassement ou de soulèvement du fond d’excavation;
6. Diminution du niveau d’humidité et des risques associées à l’humidité dans les sous-sols des immeubles;
7. Augmentation de la capacité portante des sols de fondation.
3.2 Propriétés chimiques de l’eau
Certaines eaux contenues dans les sols sont très corrosives ; certaines autres contiennent du fer ou divers carbonates formant des dépôts qui, au bout d’un certain temps, boucheront partiellement ou complètement les crépines du système de drainage. Pour cette raison, on doit tenir compte des propriétés chimiques de l’eau lors de la réalisation d’un système de drainage.
Les caractéristiques chimiques suivantes de l’eau influencent le potentiel de colmatage et la corrosion des drains:
1. pH de l’eau;
2. Dureté de l’eau (composés calciques ou magnésiens (bicarbonates, sulfates et chlorures);
3. Teneur en hydrogène sulfuré;
4. Teneur en gaz carbonique;
5. Teneur en chlorures;
6. Teneur en carbonates;
7. Alcalinité (bicarbonates, carbonates et hydroxydes);
8. Teneur en fer solubles de l’eau.
3.3 Éléments importants d'un système de drainage
1. Réseau de drainage souterrain doit avoir une pente minimale pour permettre l’écoulement des eaux, si non l’eau reste stagnante longtemps dans le réseau;
2. Respect de critères de filtre;
3. Principe de continuité;
4. Conception selon les principes d’hydraulique et géotechnique;
5. Drainage des eaux de surface.
3.4 Importance de drainage souterrain dans les bâtiments:
1. Élimine l’infiltration d’eau par les murs du sous-sol;
2. Élimine l’infiltration d’eau par la dalle de plancher de sous-sol;
3. Diminue la remontée capillaire vers le sous-sol (horizontale ou verticale);
4. Diminue l’humidité dans le sous-sol;
5. Réduit l’efflorescence du béton des murs de fondation et des planchers sur sol;
6. Améliore la durabilité des matériaux de construction;
7. Augmente la capacité portante des sols de fondation;
8. Diminue le risque de pourriture de bois au sous-sol;
9. Diminue le potentiel de moisissure dans les sous-sols;
10. Améliore les caractéristiques mécaniques des sols;
11. Diminuer le coût de chauffage au sous-sol;
3.5 Composantes d'un système de drainage de fondation
1. Tuyau de drainage (drain français) posé avec une pente: pour collecter et acheminer l’eau de drainage vers un exutoire;
2. Coussin d’agrégats ou enveloppe de drain (pierre nette): utilisé soit comme une enveloppe de drainage ou comme assise pour le tuyau;
3. Filtre ou membrane de géotextile pour éviter l’érosion des sols et le colmatage d’enveloppe de drain ou le tuyau de drainage;
4. Géocomposite constitue une enveloppe de drainage bidimensionnel pour intercepter les venues d’eau;
5. Tranchée de drainage ou tranchée intercepteur;
6. Géomembrane utilisée comme une barrière à un écoulement d’eau;
7. Bassin de drainage (fosse de retenue).
La conception d’un système de drainage nécessite la collecte d’une série de données techniques représentatives du site à l’étude. Ces données ont pour but de permettre d’apprécier :
1. La capacité des sols à permettre la circulation de l’eau (coefficient de perméabilité);
2. Le débit, la source, la vitesse et les caractéristiques chimiques de l’eau circulant à travers les sols;
3. Le gradient hydraulique.
3.6 Géologie de site
• La connaissance de la géologie d’un site est capitale dans l’élaboration d’une solution de drainage.
• Pour fins de drainage, les sols doivent être étudiées et analysés pour leurs caractéristiques physiques, chimiques et hydrauliques. Une étude de sol doit être effectuée sur toute la profondeur de sol utile au drainage souterrain. Cette profondeur devrait être d’au moins 1,5 m sous le niveau des drains projetés. La terminologie utilisée doit être conforme à celle utilisée en géotechnique.
3.7 La géologie d’un site doit permettre de se prononcer sur:
1. La nature des sols de surface et la stratigraphie des sols en place pour analyser le type de nappe phréatique potentiel;
2. La profondeur du sol perméable;
3. La profondeur d’une couche imperméable;
4. La nature géologique des sols en place (marine, lacustre, fluviale, glaciaire, ..)
5. Présence d’une barrière à l’écoulement d’eau;
6. Présence d’aquifère artésienne