Enquête préliminaire sur la stabilité et les performances hydrauliques de brise-lames à conteneurs de sable géotextile remplis de sable et de ciment

Dec 09, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15244 (2022) Citer cet article

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Les brise-lames sont des constructions essentielles pour assurer la tranquillité des ports et des structures portuaires, en cas de manque de mesures de protection naturelle. Traditionnellement, ces structures massives sont construites à partir de roches naturelles pesant des tonnes. Dans le scénario actuel, obtenir d’énormes roches naturelles est difficile et non écologique. Les conteneurs de sable géotextiles (CGC) apparaissent comme une alternative appropriée pour les unités de protection rocheuse des brise-lames et diverses publications soutiennent son efficacité. La présente étude vise à analyser les performances des GSC lorsqu'ils sont remplis d'une quantité calculée de ciment et de sable. L'analyse des performances hydrauliques et de la stabilité des modèles de brise-lames géotextiles remplis de ciment et de sable est réalisée dans un canal à vagues monochromatique à l'échelle 1:30. Lorsque les brise-lames GSC sont remplis de sable et de ciment, une stabilité accrue jusqu'à 43 % est observée avec une diminution considérable de la montée, de l'affaissement et de la réflexion des vagues, par rapport aux unités remplies de sable seul. En conséquence, les unités GSC remplies de ciment et de sable peuvent être suggérées comme alternative possible aux unités remplies de sable seul lorsqu'il faut lutter contre le vandalisme.

Les brise-lames sont généralement construits pour dissiper l'énergie des vagues, créant ainsi des conditions calmes à l'intérieur de la zone portuaire pour faciliter le chargement et le déchargement des marchandises d'un navire amarré dans un port. De plus, une zone portuaire calme est avantageuse pour le bon fonctionnement des ports et des havres. Les vagues océaniques provoquent souvent une grave érosion côtière pendant la mousson et peuvent être catastrophiques pour l’écosystème côtier, les moyens de subsistance et les communautés. Le changement climatique mondial et l’élévation du niveau de la mer qui en découle peuvent provoquer de graves vagues, des inondations et des inondations côtières dans les zones côtières adjacentes1. Les cyclones récurrents et les ondes de tempêtes associées sont un sujet de préoccupation récent2,3,4. Il est donc inévitable de disposer de structures de protection capables de réduire l’impact négatif des vagues dévastatrices sur les zones côtières.

Les structures de protection côtière peuvent généralement être dures ou molles. Le contournement du sable, la reconstitution des dunes, la protection de la végétation, la restauration des plages, etc. sont considérés comme des solutions douces5,6. Les brise-lames, digues, digues, revêtements et épis immergés et émergés, etc., sont adoptés comme solutions dures7,8. Au fil des années, les talus de décombres ou les structures blindées en enrochement ont été les systèmes de brise-lames les plus couramment adoptés9. L’augmentation alarmante du coût de la roche naturelle, sa disponibilité réduite et l’interdiction de l’exploitation de carrières dans de nombreux États exigent des alternatives viables aux structures rocheuses10. Au fil des années, de formidables innovations ont été réalisées dans le domaine des unités de blindage artificiel. Les cubes de béton, les tétrapodes, les accropodes, les dolos, les Core Loc, etc. sont quelques unités d'armure notables9,11,12,13,14,15. Recherche étendue à la conception de structures de brise-lames innovantes. Certaines contributions notables à cet égard comprennent les brise-lames semi-circulaires et quarts de cercle16,17, les brise-lames à plaques18, les brise-lames tandem19, les brise-lames à tuyaux flottants20,21, les brise-lames sur pieux22,23, etc. Parallèlement, les géosynthétiques sont également largement utilisés pour diverses applications d'ingénierie côtière. Les géosynthétiques font référence à une large gamme de matériaux polymères naturels ou artificiels pouvant être utilisés pour diverses applications de génie civil24. Les géosynthétiques comprennent les géotextiles, les géomembranes, les géogrilles, etc. (utilisés dans les applications de génie civil, notamment la construction de routes, la gestion des déchets, la protection des pentes, etc.), les géotextiles étant largement utilisés pour les applications d'ingénierie côtière25,26. Les applications d'ingénierie côtière des géotextiles comprennent les revêtements27, les remblais28, les brise-lames29, les unités de blindage des brise-lames30,31 et d'autres structures de protection côtière8,12,32,33,34,35. Il a été prouvé que les conteneurs de sable géosynthétique (CGC) possèdent divers avantages par rapport aux constructions rocheuses conventionnelles36. Il peut fournir une large gamme d’unités de blindage de taille uniforme, ce qui est très difficile dans le cas des roches37,38. Le coût par unité de volume peut être réduit lorsque la taille des conteneurs est grande, ce qui réduit considérablement le temps de construction. Le taux de remplissage affecte la stabilité et la forme en raison de l'emboîtement et de la flexibilité. Il peut également être empilé sur des pentes plus raides que les structures conventionnelles. Une autre caractéristique intéressante des constructions géotextiles est la capacité de remplissage in situ du tube ou des conteneurs avec des matériaux disponibles localement, ce qui rend la construction rentable et rapide39. Malgré le fait que les unités GSC produisent un impact visuel, les avantages mentionnés ci-dessus font des unités géotextiles remplies de sable une alternative viable aux unités de blindage primaire et secondaire d'un brise-lames à talus conventionnel. Il y a eu moins de tentatives pour quantifier la performance des unités géotextiles dans une structure de brise-lames, ce qui a motivé la poursuite de la présente étude.