Au cours d'une micro-tunnelage avec bouclier hydraulique Il convient de contrôler les propriétés rhéologiques de la boue qui permettent de stabiliser le front de taille, de transporter les matériaux excavés, de limiter les pertes dans le sol et de maintenir un circuit d'excavation stable. Les plus importantes sont les suivantes : densité, viscosité, limite élastique, résistance du gel, filtrat, teneur en solides, granulométrie en suspension, pH, sable retenu et stabilité de la suspension.
Dans les œuvres de le fonçage de tuyaux, microtunnelage o passages sous les rivières et les cours d'eau, les hydro-bouclier utilise des boues — généralement de la bentonite ou des mélanges conditionnés — pour maintenir la pression sur le front de taille et évacuer les déblais vers la station de tri.
Propriétés rhéologiques critiques de la boue
| Propriété | Qu'est-ce que cela indique ? | Pourquoi est-ce important chez Hidroescudo ? |
|---|---|---|
| Densité | Poids de la boue par unité de volume | Cela a une incidence sur la pression frontale, le transport des solides et la stabilité du circuit |
| Viscosité | Résistance à l'écoulement du fluide | Cela influe sur la pompabilité, les pertes de charge et la capacité d'entraînement |
| Limite élastique | Effort minimal pour déclencher le débit | Contribue à maintenir les particules en suspension et à éviter leur sédimentation |
| Résistance du gel | Capacité à former une structure au repos | Elle réduit la sédimentation pendant les arrêts, mais peut rendre le redémarrage difficile si elle est excessive |
| Filtré | Perte d'eau dans le sol | Il influe sur la formation de la couche de mousse, la stabilité du front et la consommation de fluide |
| Teneur en matières solides | Pourcentage de particules incorporées dans les boues | Cela a une incidence sur la densité, l'usure, la séparation et le rendement du circuit |
| Teneur en sable | Particules abrasives présentes dans le fluide | Accroît l'usure des pompes, des canalisations, des vannes et de l'installation |
| pH | État chimique du fluide | Cela a une incidence sur la stabilité de la bentonite, les additifs, la corrosion et la compatibilité chimique |
| Stabilité de la suspension | Capacité à ne pas se mettre à l'écart | Évite les dépôts, les obstructions et les variations de pression |
| Température | État thermique du fluide | Il permet de modifier la viscosité, le comportement des additifs et la pompabilité |
Densité de la boue
Les densité Elle détermine la pression hydraulique disponible au front de taille et la capacité de la boue à transporter les matériaux excavés. Si la densité est trop faible, elle risque de ne pas contribuer suffisamment à la stabilité du front de taille ni au transport des matériaux. Si elle est trop élevée, elle peut accroître les pertes de charge, la consommation d'énergie, l'usure et la sollicitation des pompes et des conduites.
Pendant les travaux, on effectue un contrôle en comparant la densité de la boue d'alimentation, de retour et de recirculation après la station de séparation des boues.
Viscosité et pompabilité
Les viscosité définit la facilité avec laquelle les boues circulent dans les canalisations, les pompes, les chambres et les conduites de retour. Une viscosité insuffisante peut réduire la capacité d'entraînement des solides ; une viscosité excessive peut entraîner des pertes de charge, une baisse du débit, une surcharge des pompes et des difficultés au niveau de l'installation de séparation.
Dans le cas d'un bouclier hydraulique, la viscosité doit répondre à trois exigences :
- Maintenir la stabilité du front.
- Transporter des matières solides jusqu'à la surface.
- Permettre une séparation et une recirculation efficaces.
Limite d'élasticité et résistance du gel
Le limite élastique et le résistance du gel Ils jouent un rôle important dans le maintien des particules en suspension, notamment lors de réductions de débit ou d'arrêts temporaires.
Si ces valeurs sont trop faibles, du sable, de la vase ou des particules lourdes peuvent se déposer dans le circuit. Si elles sont trop élevées, cela peut entraîner des problèmes de pompage, une augmentation de la pression, des difficultés de redémarrage ou une perte d'efficacité de la séparation.
Ces propriétés sont particulièrement importantes dans le cas de tronçons longs, de puits profonds ou de terrains présentant une granulométrie variable.
Filtration et formation d'un gâteau de filtration
Le filtré indique la tendance de la boue à perdre de l'eau vers le sol. Dans un bouclier hydraulique, un lessivage contrôlé peut contribuer à la formation d’un film ou d’un « cake » à l’avant, ce qui réduit la perméabilité et favorise la stabilité. Cependant, un lessivage excessif peut entraîner des pertes de fluide, une consommation élevée de bentonite ou d’additifs, une instabilité locale et des variations de la pression de travail.
Il convient d'y prêter une attention particulière dans les cas suivants :
- Sables perméables.
- Graviers.
- Terrains fissurés.
- Roche fracturée.
- Zones où le niveau de la nappe phréatique est élevé.
- Passages sous des cours d'eau ou des zones sensibles.
Teneur en matières solides et en sable
Le teneur en matières solides augmente à mesure que la boue transporte les matériaux excavés. Si la séparation n'est pas suffisante, le fluide recyclé peut revenir vers la foreuse avec une teneur trop élevée en solides, ce qui augmente sa densité, sa viscosité, son abrasivité et l'usure.
La teneur en sable est particulièrement critique car elle augmente l'usure des éléments suivants :
- Des bombes.
- Tuyauteries.
- Vannes.
- Hydrocyclones.
- Caméra d'excavation.
- Tête de coupe.
- Conduits d'alimentation et de retour.
C'est pourquoi le contrôle rhéologique doit être coordonné avec le rendement de l'installation de tri et la gestion des déchets.
pH, additifs et stabilité chimique
Le pH Cela influe sur la stabilité de la bentonite, l'efficacité des polymères ou des additifs, la corrosion des équipements et la compatibilité avec le sol ou les eaux souterraines. Des variations brusques du pH peuvent altérer la viscosité, la floculation, la dispersion des argiles ou l'efficacité de la séparation.
Dans les milieux marins, les sols salins, les eaux agressives ou en présence de polluants, il peut s'avérer nécessaire d'ajuster la composition de la boue et de contrôler la compatibilité chimique pendant le creusement.
Comment gérer les boues de chantier ?
Le contrôle doit être effectué en comparant les boues préparées, les boues d'alimentation, les boues de retour et les boues traitées par l'installation de séparation.
On observe généralement :
- Densité.
- Viscosité.
- pH.
- Teneur en sable.
- Teneur totale en matières solides.
- Filtré.
- Résistance du gel.
- Débit d'alimentation et de retour.
- Pression du circuit.
- Pertes de charge.
- Température.
- Consommation de bentonite, d'eau et d'additifs.
- Volume excavé.
- Volume de boues produites.
- Rendement des cribles, des hydrocyclones et de la séparation fine.
Le suivi de ces données permet d'ajuster la formulation, de détecter les changements de terrain, d'éviter la saturation du circuit et de maintenir une pression frontale stable.
Risques liés à l'absence de contrôle de la rhéologie de la boue
Une rhéologie mal maîtrisée peut entraîner :
- Perte de stabilité du front.
- Fuites de boue dans le sol.
- Dépôts dans les canalisations.
- Blocages dans le circuit.
- Augmentation de la pression ou pertes de charge.
- Usure accélérée des pompes et des canalisations.
- Difficulté à transporter des matières solides.
- Saturation de l'usine de tri.
- Consommation excessive d'eau, de bentonite ou d'additifs.
- Variations de pression frontale.
- Rendement d'avance inférieur.
- Arrêts imprévus.
- Augmentation du volume des déchets.
- Risques environnementaux liés à une mauvaise gestion des boues.
Au émissaires sous-marins o prélèvements d'eau de mer, ces risques doivent en outre être pris en compte dans le cadre des autorisations, du contrôle de la turbidité, des rejets, des sites de stockage et de la gestion environnementale.
Informations nécessaires pour la conception ou l'appel d'offres
Pour définir le contrôle rhéologique des boues dans un microtunnelage avec bouclier hydraulique, il convient de fournir les informations suivantes : le diamètre de l'excavation, la longueur de forage, la profondeur des puits, le débit de circulation prévu, la pression de front, la distance de pompage, les caractéristiques géotechniques, la granulométrie, le pourcentage de fines, la perméabilité, le niveau phréatique, la salinité, le pH de l'eau, l'abrasivité, le type de boue, bentonite ou additifs prévus, densité cible, viscosité cible, filtrat admissible, teneur maximale en sable, teneur maximale en solides, capacité de l'installation de séparation, système de recirculation, limites de rejet, gestion des déchets, contrôle environnemental et exigences en matière de documentation de qualité.
Demander un contrôle technique des boues, rhéologie et installation de séparation pour le bouclier hydraulique avant de finaliser la formulation du fluide, le circuit des boues ou le dossier d'appel d'offres.
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