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Présentation
Bien que l'on accorde beaucoup d'attention à la conception et aux matériaux des conduites d'égout elles-mêmes, des facteurs externes tels que le chargement de la circulation et les activités de construction imposent certains des plus gros stress sur ces actifs enfouis. À mesure que les villes grandissent et se densifient, l'environnement de surface au-dessus des conduites d'égout devient de plus en plus dynamique et agressif. La circulation des véhicules lourds, l'entretien régulier des routes, les coupures de courant et les grands projets de construction génèrent des forces et des mouvements au sol qui peuvent compromettre les joints de canalisations, causer des fissures, accélérer la corrosion et entraîner des défaillances coûteuses.
La mécanique du chargement de la circulation sur les systèmes d'égout
Le trafic impose des charges statiques et dynamiques sur la surface du sol, qui sont transférées par le sol vers les conduites d'égout enterrées. L'ampleur et la répartition de ces charges dépendent du poids du véhicule, de la configuration des pneus, de la vitesse, de l'état de la surface de la route, de la profondeur et de la rigidité des couches de chaussée et de sol.
Chargement statique par rapport à une charge dynamique
La charge morte d'un véhicule stationnaire est transmise verticalement vers le bas, mais la charge dynamique du trafic mobile introduit des forces verticales et horizontales supplémentaires dues à l'accélération, au freinage et aux irrégularités de chaussée.Les facteurs de charge dynamiques peuvent augmenter la contrainte effective sur une conduite de 30 à 50 pour cent par rapport aux conditions statiques, en particulier à des profondeurs peu profondes.
Vibrations et compactage du sol
Au fil du temps, cette vibration peut dénaturer les sols granulaires, ce qui entraîne un tassement différentiel et une perte de support uniforme de litière. Lorsque le sol sous un tuyau s'installe de façon inégale, le tuyau subit des contraintes de flexion qui peuvent provoquer des fissures à l'envers ou à la couronne, en particulier dans des matériaux rigides comme l'argile ou le béton vitrifié. Les vibrations ont également tendance à décroître les joints de tuyaux au fil du temps, en particulier dans les systèmes plus anciens avec des configurations de cloches et d'épigotes qui manquent d'éléments d'étanchéité flexibles.
Fréquence et répartition du poids du trafic
Les routes à fort volume de trafic routier, comme les voies artérielles près des zones industrielles, des centres de distribution ou des ports, imposent des charges cumulatives beaucoup plus importantes que les rues résidentielles. Même dans un seul segment routier, la concentration de la voie de circulation crée une zone étroite de charges lourdes répétées directement au-dessus de l'alignement des égouts. Les ingénieurs qui conçoivent des conduites d'égout sous ces couloirs doivent tenir compte non seulement de la charge maximale par essieu, mais aussi du nombre de répétitions de charges pendant la durée de vie prévue, qui peut être de plusieurs millions pour les grandes routes.
Activités de construction : Menaces directes et indirectes à l'intégrité des égouts
Les projets de construction, allant des fondations de construction et des jetées de ponts aux déplacements des services publics et à l'élargissement des routes, présentent des risques immédiats et à long terme pour les infrastructures d'égouts adjacentes.
Excavation et tranchées
La tranchée parallèle à un tuyau d'égout peut saper son support latéral, entraînant un déplacement du sol et une déviation ou un effondrement du tuyau. La rodage croisé qui coupe un tuyau d'égout peut endommager physiquement le tuyau à moins que l'alignement n'ait été précisément localisé et protégé par un éboulement ou un brouillage temporaire. Même lorsque l'excavation évite le contact réel, l'enlèvement du sol à côté d'un égout modifie la distribution de la pression de la terre et peut induire des forces de flexion ou de cisaillement que le tuyau n'a pas été conçu pour résister.
Conduite pile et fondations profondes
Le déplacement du sol en tant que pieux crée des ondes de compression et des ondes de cisaillement qui peuvent causer des dommages immédiats aux tuyaux d'égout. Les éléments les plus vulnérables sont les joints rigides des tuyaux, qui peuvent se fissurer ou se séparer sous le mouvement induit du sol. Le règlement des sols adjacents aux groupes de pieux, en particulier dans les sols cohésifs, peut aussi causer des sags et développer des qualités inverses qui favorisent les dépôts de solides et les blocages.
Déplacement des sols et implantation de terres
La perte de terrain due à la mise en place de tunnels ou à l'assèchement entraîne une réduction du volume qui entraîne le tassement de la surface et de la sous-sol. Les canalisations d'égouts dans la zone de peuplement subissent des charges verticales supplémentaires et des moments de flexion lorsque le sol s'éloigne. L'installation différentielle entre les structures rigides, comme les trous d'homme ou les fondations de construction, et les conduites d'égout plus flexibles peuvent causer des concentrations de stress sévères aux points de raccordement.
Changements et déshydratation des eaux souterraines
L'assèchement des conduites pour abaisser la nappe phréatique pour les travaux de fondation ou la construction de tunnels peut avoir des effets profonds sur les réseaux d'égouts. L'élimination des eaux souterraines réduit la pression interstitielle dans le sol, augmente le stress effectif et entraîne un tassement de consolidation. De plus, si l'assèchement diminue la nappe phréatique sous l'élévation inverse d'un tuyau d'égout, la perte de support flottant peut provoquer le tassement ou la fissure du tuyau.
Principes de conception des lignes d'égout pour la résilience
Pour résister aux contraintes combinées du trafic et de la construction, les systèmes d'égouts doivent être conçus avec des matériaux robustes, des profondeurs d'installation appropriées, des systèmes flexibles de jointure et des dispositifs de protection.
Choix du matériau et rigidité du tuyau
Le choix du matériau de canalisation est le facteur le plus important pour déterminer la façon dont un système d'égout réagit aux charges externes. Des matériaux rigides comme l'argile vitrifiée et le béton dépendent de la résistance à la traction de la paroi du tuyau pour résister à la flexion et au concassage. Bien que ces matériaux présentent une excellente résistance à la corrosion dans de nombreux environnements, ils sont fragiles et sont sujets à des fissures sous des charges différentielles de tassement ou d'impact. Le fer ductile offre une résistance à la traction plus élevée et peut résister à une plus grande flexion sans fracture, mais il est plus lourd et nécessite une protection efficace contre la corrosion, généralement par enveloppement ou en enrobage.
Profondeur de l'enfouissement et de la literie
L'installation de tuyaux d'égout à une profondeur suffisante est la meilleure façon de réduire les charges réelles de circulation. La pression verticale d'une charge de roue diminue rapidement avec la profondeur en raison de la répartition de la charge sur une zone plus grande. À des profondeurs de 2,5 mètres ou plus, la contribution de la charge réelle à la contrainte totale sur une conduite est généralement mineure par rapport à la charge morte du sol surplombant. Cependant, dans des environnements urbains restreints, les égouts sont souvent posés à des profondeurs plus faibles pour se connecter aux services de construction ou pour éviter les conflits avec d'autres services publics.
Conception et flexibilité communes
Les joints rigides, comme ceux qui utilisent le mortier ou le joint de ciment, ne peuvent pas accueillir de mouvement relatif et sont sujets à des fissures. Les systèmes modernes d'égouts utilisent des joints souples et restreints qui permettent un mouvement axial et angulaire tout en maintenant un joint étanche. Pour les tuyaux en fonte ductile, les joints poussoirs avec joints en caoutchouc offrent une excellente flexibilité et sont largement utilisés. Les tuyaux HDPE sont reliés par fusion de fesses, créant un système monolithique sans joints mécaniques, qui simplifie l'alignement et élimine les risques de fuites des joints.
Revêtements et revêtements de protection
Les revêtements extérieurs, tels que le polyéthylène extrudé ou l'époxy à fusion, constituent une barrière contre les sols corrosifs et les eaux souterraines. Pour les tuyaux en béton exposés à l'attaque au sulfure d'hydrogène, les revêtements protecteurs des feuilles de chlorure de polyvinyle (PVC), les revêtements de protection de l'époxy haute performance ou le ciment alumineux de calcium sont appliqués à la surface intérieure. Dans des environnements très agressifs, les revêtements monocouches peuvent être insuffisants et les revêtements composites ou les systèmes de protection cathodique sont pris en considération. La sélection des mesures de protection devrait être fondée sur une évaluation du risque de corrosion propre au site qui tient compte de la résistivité du sol, de la teneur en chlorure, du pH et de l'activité microbienne.
Dispositions relatives au redondance et au contrôle
Pour les conduites d'égouts essentielles qui servent de grandes populations ou d'installations industrielles, les concepteurs peuvent intégrer des redondances en fournissant des tuyaux parallèles ou des conduites surdimensionnées qui permettent de retirer un segment de service pour inspection ou réparation. L'inclusion de points d'accès tels que des trous d'homme à intervalles maximum de 120 mètres permet de déployer des équipements d'inspection et de nettoyage de la télévision par vidéosurveillance.
Stratégies d'atténuation des projets de développement urbain
Les stratégies les plus efficaces combinent une évaluation minutieuse préalable à la construction, des mesures de protection robustes et une surveillance continue.
Évaluation préalable des sites de construction et cartographie des services publics
Avant de commencer une excavation ou une construction lourde, une enquête approfondie sur le site doit permettre de déterminer tous les services publics souterrains existants, y compris les conduites d'égout, et d'évaluer leur état et leur vulnérabilité.Ce processus utilise des techniques géophysiques telles que le radar de pénétration au sol, la localisation électromagnétique des services publics et l'excavation sous vide pour confirmer l'alignement horizontal et vertical des conduites d'égouts.L'état des conduites d'égouts adjacentes devrait être évalué par le biais d'une inspection par le CCTV pour documenter les fissures, les intrusions de racines ou la séparation des joints existants.Ces données de base servent à concevoir des mesures de protection et à fournir une référence pour toute réclamation subséquente de dommages.
Barrières de protection et répartition des charges
Les tuyaux de protection, qui sont des manchons en acier de diamètre plus grand ou en PEHD installés autour du tuyau d'égout, offrent un bouclier mécanique contre l'impact et permettent d'inspecter ou de remplacer le tuyau porteur sans réexcavation. Pour les pieux qui se trouvent près des égouts, l'utilisation de pieux pré-bordés ou de techniques d'échantillonnage des vibrations, comme les pieux d'évacuation continue, peut réduire considérablement les vibrations du sol par rapport aux pieux entraînés par l'impact. L'installation d'épingles de surveillance de l'installation et de piézomètres autour de l'alignement des égouts permet de suivre en temps réel les mouvements au sol et les changements de pression interstitielle, ce qui permet une réponse rapide si les seuils sont dépassés.
Séquence et coordination de la construction
La coordination entre les entrepreneurs de construction, les propriétaires de services publics et les autorités locales est essentielle pour minimiser l'impact combiné de plusieurs projets dans le même corridor.L'étape de construction devrait éviter les activités simultanées qui génèrent des niveaux élevés de vibrations ou un déplacement important du sol adjacent au même segment d'égout.Des mesures de gestion temporaire de la circulation, telles que la fermeture de routes ou des restrictions de vitesse, peuvent réduire le chargement dynamique des égouts pendant les périodes de construction sensibles.
Inspection et réhabilitation après construction
Une fois les travaux de construction terminés, une inspection de la CCTV après la construction devrait être effectuée sur toutes les conduites d'égouts situées dans la zone d'influence pour déceler tout nouveau dommage.Cette inspection fournit des documents aux fins d'assurance ou de réclamation et identifie les sections qui nécessitent une réparation immédiate.Les calendriers d'entretien et d'inspection courants devraient être ajustés en fonction du niveau d'exposition aux impacts de la circulation et de la construction.
Gestion des actifs à long terme et considérations liées au cycle de vie
Les municipalités et les services publics qui tiennent des inventaires détaillés des biens fondés sur le SIG, avec des cotes d'état, des antécédents d'inspection et des dossiers d'entretien, sont mieux à même de donner la priorité à la remise en état et d'éviter les défaillances catastrophiques. Les outils de modélisation prédictive qui intègrent les données sur la charge de circulation, les relevés d'activités de construction et les conditions du sol peuvent estimer la durée de vie restante des segments d'égout et orienter la planification de l'amélioration des immobilisations.
Conclusion
Les forces générées par les véhicules lourds, les travaux d'excavation, la conduite de pieux et l'assèchement peuvent causer des dommages physiques, le tassement et la détérioration accélérée des conduites et des joints d'égout. Toutefois, avec une conception soignée qui privilégie les matériaux robustes, les joints flexibles, la profondeur et la literie appropriées, et les revêtements de protection, les systèmes d'égout peuvent être résilients à ces contraintes externes. Des stratégies efficaces d'atténuation, y compris l'évaluation des risques avant construction, les barrières de protection, la coordination de la construction et l'inspection après construction, sont essentielles pour préserver la valeur des biens et assurer un service continu.
Foire aux questions
Quelle profondeur une conduite d'égout devrait-elle être pour éviter les dommages à la circulation?
Toutefois, les conditions locales de sol, le matériau des tuyaux et le poids prévu du véhicule devraient être pris en considération dans la conception. Les canalisations d'égout peu profondes nécessitent des mesures de conception spéciales telles que l'augmentation de la rigidité des tuyaux ou le renforcement de la litière pour gérer les charges de circulation.
Quel type de canalisation est le meilleur pour les conduites d'égouts dans les zones à forte circulation?
Le polyéthylène haute densité (HDPE) avec une rigidité de l'anneau de SN 8 ou plus est souvent préféré pour sa flexibilité, son intégrité articulaire et sa résistance à la corrosion. Le fer ductile est également adapté là où une résistance et une rigidité plus élevées sont nécessaires, mais il nécessite une protection efficace contre la corrosion.
Les vibrations de construction peuvent-elles endommager les conduites d'égout?
Oui, les vibrations causées par la conduite de pieux, le dynamitage ou l'utilisation d'équipement lourd peuvent endommager les conduites d'égout, en particulier les conduites rigides avec des joints fragiles.
Quelle est la meilleure méthode pour remettre en état une canalisation endommagée par la construction?
Les méthodes sans tranchées comme la doublure de tuyaux en place ou l'éclatement de tuyaux sont généralement les options les plus rentables et les moins perturbatrices. La doublure de tubes en place crée un nouveau tuyau de structure à l'intérieur de celui existant, tandis que l'éclatement de tuyaux fracture l'ancien tuyau et tire dans un nouveau tuyau de diamètre égal ou plus grand.
Comment puis-je protéger les conduites d'égouts pendant les fouilles à proximité?
Les principales mesures de protection comprennent : l'inspection avant la construction de la CCTV, l'installation de tuyaux en acier ou de béton, l'utilisation d'un pilotage ou d'un ébarbage de tôle pour empêcher le mouvement du sol, la surveillance géotechnique des mouvements au sol et des pressions interstitielles, et la coordination avec l'entrepreneur en construction pour planifier les activités qui réduisent les risques.