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RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ETPOPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ Dr MOULAY TAHAR –SAÏDA
Faculté de technologie Département de Génie Civil et Hydraulique Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme de
Master en : HYDRAULIQUE Option : Ressources en eau
Conception et dimensionnement d’une digue à talus Cas de la digue de Doui Thabet-Wilaya de Saida Présentée par :
Mohammedi Halima Boulanouar Ahmed
Soutenue en Septembre 2016
Devant le jury composé de : M. HADJEM M. M. HAZZAB A. M. CHAFI Ch. Mlle. HENDI A
Président Rapporteur Examinateur Examinateur
Université de Saida Université de Saida Université de Saida Université de Saida
Remerciement Nous remercions en premier lieu Allah le tous puissant de nous avoir illumine
et ouvert les portes de savoir, et de nous avoir donne la volonté et le courage d’élaborer
ce travail.
Nous tenons à remercier profondément et sincèrement tous ceux qui ont
participes de près ou de loin a la réalisation de ce travail et particulièrement a
nos profonds remerciements s'adressent en premier lieu a notre encadreur Mr HAZZAB.A pour avoir accepte de diriger ce travail, pour son aide, ses
encouragements, ses précieux conseils, sa confiance, sa patience,… tout au long de laréalisation de ce mémoire.
Nous saisissons également cette opportunité pour remercier les membres de jury
Nous tenons à remercier notre ami Mr "Meddah Redouane" de ses efforts pour nous aider également tous ceux qui ont participe a la réalisation
de ce modeste travail de près ou de loin .
Merci a tous les Patients.
Dédicace Je tiens a dédié se travail à mes parent pour leur tendresse et que ne cesserais de les aimer toute ma vie. Mes frères : Khalifa, Lehadej, Tayeb, Mido et Kadda. Mes sœurs : Zoulikha, Karima, Chahera zad, …et à tous la famille MOHAMMEDI. Cher ami :Redouane Et a toutes mes amis de proche ou de loin.
Mohammedi Halima
Dédicace Je tiens a dédié se travail à mes parent pour leur tendresse et que ne cesserais de les aimer toute ma vie, Mes frères, mes sœurs et à tous la famille Boulanouar . Et a toutes mes amis de proche ou de loin. Surtout cher ami Abd elkarim.
Boulanouar Ahmed
Résumé Face a la détérioration sans cesse des ressources en eaux qui sont vitaux pour les humains et les animaux, l’état Algérien a consacré, ces dernières années, des moyens financiers énormes pour l’aménagement des environnements de l’eau ainsi que dans les différents ouvrages de retenu et de stockage d’eau. Plusieurs barrages et digues ont étaient ainsi réalisés. Ceci dans le but de fournir de l'eau potable et satisfaire aux besoins de l’irrigation de l'agriculture. Les différents types et formes des barrages et digues contribuent à la protection de l'eau des phénomènes naturels. La présente étude comporte les détailles techniques pour la réalisation et la construction d’une digue a talus. Cette digue se trouve dans la commune de Doui Thabet de la wilaya de saida. Il est question d’établir l’étude préliminaire du site d’implantation de la digue. Les données relatif à la morphologie du terrain ainsi que le climat ont été examinées.
ﻣﻠﺨﺺ ﻓﻲ اﻟﺴﻨﻮات اﻻﺧﯿﺮة ﻛﺎن ھﻨﺎك ﺗﺪھﻮر ﺑﻼ ﺣﺪود ﻓﻲ ﻣﺴﺘﻮى اﻟﻤﻮارد اﻟﻤﺎﺋﯿﺔ ﺑﺎﻟﺮﻏﻢ ﻣﻦ ان اﻟﻜﺎﺋﻨﺎت اﻟﺤﯿﺔ و ﻋﻠﻰ رﺋﺴﮭﺎ اﻻﻧﺴﺎن و اﻟﺤﯿﻮان ﺑﺤﺎﺟﺔ ﻣﺎﺳﺔ اﻟﻰ ھﺬه اﻟﻤﯿﺎه و ﻟﺬﻟﻚ ﺳﺨﺮت اﻟﺪوﻟﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﯾﺔ اﻣﻮال طﺎﺋﻠﺔ و ذﻟﻚ ﻟﺘﺸﯿﺪ اﻟﺴﺪود و ذﻟﻚ ﻟﻠﻤﺤﺎﻓﻈﺔ اﻟﺴﺪود و ﺑﻤﺨﺘﻠﻒ ﺗﺸﯿﯿﺪاﺗﮭﺎ و اﻧﻮاﻋﮭﺎ و اﺷﻜﺎﻟﮭﺎ ﺗﻘﻮم.ﻋﻠﻰ ھﺬه اﻟﺜﺮوة اﻟﻤﺎﺋﯿﺔ و ﻟﺘﻮﻓﯿﺮ اﻟﻤﯿﺎه اﻟﺼﺎﻟﺤﺔ ﻟﻠﺸﺮب و اﻟﺮﻋﻲ و اﻟﺰراﻋﺔ . ﺑﺎﻟﻤﺤﺎﻓﻈﺔ ﻋﻠﻰ اﻟﻤﯿﺎه ﻣﻦ اﻟﻈﻮاھﺮ اﻟﻄﺒﯿﻌﯿﺔ و ﺣﻤﺎﯾﺔ اﻟﻄﺒﯿﻌﺔ و اﻟﺒﺸﺮﯾﺔ ﻣﻦ اﻟﻔﯿﻀﺎﻧﺎت . ھﺬا اﻟﺴﺪ ﺗﻢ ﺗﺸﯿﯿﺪه ﻋﻠﻰ ﻣﺴﺘﻮى ﺑﻠﺪﯾﺔ "ذوي ﺛﺎﺑﺖ" ﺑﻮﻻﯾﺔ ﺳﻌﯿﺪة.ھﺬه اﻟﺪراﺳﺔ ﺗﺘﻀﻤﻦ ﻣﻨﮭﺠﯿﺔ ﺗﻘﻨﯿﺔ ﻟﺘﺸﯿﯿﺪ ﺳﺪ ﺻﻐﯿﺮ وﺗﻤﺖ ﻣﻨﺎﻗﺸﺔ اﻟﺒﯿﺎﻧﺎت ﻋﻠﻰ ﻣﺴﺘﻮى طﺒﯿﻌﺔ اﻻرﺿﯿﺔ و طﺒﯿﻌﺔ.اذ ان ھﻨﺎك ﺣﺪﯾﺚ ﻋﻦ وﺿﻊ دراﺳﺔ أوﻟﯿﺔ ﻟﻠﻤﻮﻗﻊ ﻟﺘﺸﯿﯿﺪ اﻟﺴﺪ . اﻟﻤﻨﺎخ و ﺗﻐﯿﺮاﺗﮫ Abstract Facing the constantly deteriorating water resources that are vital to humans and animals, the Algerian state has spent recent years, enormous financial resources for the development of water environments and in different works retained and storing water. Several dams and dikes were well made. This in order to provide drinking water and meet irrigation needs of agriculture. The different types and shapes of dams and dikes contribute to the protection of water from natural phenomena. This study has the technical details as to the construction and the construction of a dike embankment. This dam is located in the town of Doui Thabet of saïda province. There is talk of establishing a preliminary study of the site of implantation of the dike. The data on the morphology of the land and the climate were discussed.
Table de matières Introduction générale…………………………………………………………………….
01
Chapitre I : Définitions et types des digues à talus. 1. Introduction…………………………………………………………………………… 02 2. Définitions …………………………………………… ……………………………...
02
2.1. Les ouvrages de retenu ……………………………………………………………..
02
2.2. La digue …………………………………………………………………………….
02
2.3. Le talus ……………………………………………………………………………..
02
2.3.1. Talus artificiels …………………………………………………………………...
02
2.3.2. Talus en déblais et talus en remblais sur sols non compressibles………………… 03 2.3.3. Talus en remblais sur sols compressibles…………………………………………
03
2.4. La digue à talus……………………………………………………………………...
03
3. Les types de digues……………………………………………………………………
04
3.1. Digue à talus conventionnelle………………………………………………………
04
3.2. Digue à talus conventionnelle avec mur de couronnement…………………………
04
3.3. Digue à berme……………………………………………………………………….
05
3.4. Digue à crête abaissée………………………………………………………………. 05 3.5. Digue en caisson ou digue mixte verticalement…………………………………….
05
3.6. Digue mixte horizontalement……………………………………………………….. 06 4. Les critères techniques de choix du type de digue……………………………………
07
4.1. Conditions hydrauliques……………………………………………………………
07
4.2. Conditions géotechniques…………………………………………………………..
07
4.3. Contraintes d’exploitation du port…………………………………………………..
07
4.4. Conditions de construction………………………………………………………….
07
Chapitre II : Classification des ouvrages. 1. Introduction…………………………………………………………………………… 08 2. Les ouvrages en manière traditionnelle………………………………………………
08
3. Études préalables. ………………………………… …………………………………
08
4. Classification des ouvrages …………………………………………………………... 09 5. Digues verticales……………………………………………………………………...
09
5.1. Éléments constitutifs ………………………………………………………………
09
5.2. Quelque ouvrages spéciaux…………………………………………………………
09
5.3. Digues verticales perméables ou mur d’eau fixe…………………………………....
09
6. Les digues mixtes …………………………………………………………………….
10
7. Digues en Terre ………………………………………………………………………. 10 7.1. Facteurs qui influencent sur la conception et la réalisation…………………………
10
7.1.1. Caractéristiques de la fondation…………………………………………………..
12
7.1.2. Climat……………………………………………………………………………..
12
7.1.3. Caractéristiques du site de l'ouvrage ……………………………………………... 13 7.1.4. Action des vagues…………………………………………………………………
13
7.1.5. But de l'ouvrage…………………………………………………………………...
13
7.1.6. Délai de réalisation……………………………………………………………….
13
7.1.7. Séismicité…………………………………………………………………………. 13 8. Recensement des ouvrages………………………………………………………….
14
8.1. Recensement des digues portuaires………………………………………………..
14
8.2.Recensement des digues côtières…………………………………………………..
14
Chapitre III : Les dimensions de la digue. 1. Les dimensions de la digue……………………………………………………………
15
1.1. Hauteur de la digue………………………………………………………………….
15
1.2. La revanche…………………………………………………………………………
15
1.3. Hauteur normale de la digue………………………………………………………...
16
1.4. Largeur en crête de la digue………………………………………………………… 17 1.5. La pente des talus de la digue……………………………………………………….
17
2. Détermination de la ligne de saturation……………………………………………….
18
2.1. Digue homogène…………………………………………………………………….
18
2.2. Digue à noyau……………………………………………………………………….
19
Chapitre IV : Protection contre les infiltrations dans la digue. 1. Protection contre les infiltrations dans la digue et dans ses fondations……………...
22
1.1. Infiltrations dans la digue …………………………………………………………..
22
1.2. Infiltrations dans les fondations ……………………………………………………
24
1.2.1. Les cas d’infiltrations dans les fondations ……………………………………….
24
2. Protection des talus …………………………………………………………………..
29
Chapitre V : Localisation de site et caractéristiques morphologiques. 1. Présentation de la zone d’étude……………………………………………………….
31
2. Végétation et morphologie du terrain ………………………………………………...
32
3. Sismicité ……………………………………………………………………………… 32 4. Etude géologique de la région………………………………………………………...
32
5. Caractéristiques de forme……………………………………………………………..
33
5.1. Coefficient de compacité de Gravelius (Kc) ……………………………………….. 34 5.2. Les altitudes…………………………………………………………………………
34
5.3. Les pentes …………………………………………………………………………..
35
5.4. La pente moyenne …………………………………………………………………..
35
5.5. La densité de drainage ……………………………………………………………...
35
5.6. Fréquence des cours d’eau ………………………………………………………….
35
6. Etude climatologique …………………………………………………………………
36
6.1. Vent dominant………………………………………………………………………
36
6.2. Températures ……………………………………………………………………….
37
6.3. Pluviométrie………………………………………………………………………...
37
Chapitre VI : Calcul de la digue. 1. Estimation des différents volumes…………………………………………………….
39
1.1. Calcul du volume mort……………………………………………………………...
39
1.2. Volume total………………………………………………………………………..
40
1.3. Volume utile………………………………………………………………………...
40
2. Dimensionnement hydrotechnique de la digue……………………………………….
40
2.1. Type de profil en travers de la digue………………………………………………..
40
2.2. Profil général de la digue……………………………………………………………
41
2.2.1. Revanche………………………………………………………………………….
41
1.2.3. Hauteur normale de la digue……………………………………………………...
43
3. Longueur de la crête de la digue ……………………………………………………..
43
4. Largeur en crête ………………………………………………………………………
44
5. Talus de la digue……………………………………………………………………...
45
5.1. Talus en Aval………………………………………………………………………..
45
5.2. Talus an Amont……………………………………………………………………..
45
6. Dent contre l’infiltration………………………………………………………………
46
7. Etude de la stabilité des Talus de la digue…………………………………………...
47
7.1. Calcul de la stabilité de la digue ……………………………………………………
47
7.2. Détermination de la zone critique…………………………………………………...
48
8. Coefficient de perméabilité …………………………………………………………... 49 9. Tracé la ligne de saturation dans le mur de la digue …………………………………. 50
9. Conclusion…………………………………………………………………………
52
Conclusion général ..................................................................................................................
53
Liste des tableaux Tableaux III.01 Les dimensions de différant type de digue …………………..………...
18
Tableau IV.01 Les grains les plus fins………………………………………….……….. 23 Tableau IV.02 Les valeurs de type de la nature de terrain……………………………….. 25 Tableau V.01. Formations géologiques naturelles (Source : SATEC, 1976 modifie)…... 33 Tableau V.02. Paramètres de forme du bassin versant de « l’Oued Sidi Aissa »…...…...
33
Tableau V.03. Caractéristiques des altitudes du bassin versant……………………......… 33 Tableau V.04 Classes des pentes et Superficie du bassin versant de l’Oued Sidi Aissa…
34
Tableau V.05. Présente les différents indices de pente…………...…………………........ 34 Tableau V.06. Rapport de confluence et de longueur…………………………….……... 35 Tableau V.07. Paramètres physiques du bassin versant de l’Oued Sidi Aissa…………...
36
Tableau V.08. Moyenne de la vitesse du vent par mois durant les années 1989 à 2003…
36
Tableau V.09. Température moyenne entre 1989 à 2003………………………………...
36
Tableau V.10. Répartition de la pluviométrie mensuelle……………………………….... 37 Tableau.VI.01. De Talus en Amont……..……………………………………………......
35
Tableau .VI.02. Caractéristiques principales de la retenue collinaire……………………. 46 Tableau.VI.03. Détermination graphique du centre et du rayon critique………………...
49
Tableau VI.04. Trace la ligne de saturation……………………………………………… 51
Liste des figures Figure I.01. Coupe-type d’une digue à talus ……………………………….............
04
Figure I.02. Coupes-types de différents types de digue ……………………………
06
Figure II.01. Digues verticales perméables ou mur d’eau fixe……………………..
10
Figure III.01. Ligne de saturation de digue homogène …………………………..
19
Figure III. 02. Ligne de saturation dans une à noya …………………………….....
20
Figure III .03. Ligne de saturation dans une drainée ………………………...........
20
Figure IV.01. Action des eaux d’infiltration ………………………………………. 22 Figure IV.02. Tapis filtrant ……………………………………………...................
23
Figure IV.03. Drainage des fondations imperméables ………………………......... 24 Figure IV.04. Fondation perméables ........................................................................
25
Figure IV.05. Fondations perméables ……………………………………………...
26
Figure IV.06. Fondation perméables …………………………………………......... 28 Figure IV.07. Fondations rocheuses ……………………………………………….. 29 Figure V.01. Plan de Situation de la commune de Doui Thabet et la daira de Youb………..............................................................................................................
31
Figure. V.02. Température moyenne entre 1989 à 2003…………………………..
37
Figure. V.03. Pluviosité moyenne mensuelle des stations de Youb (Période 1980 – 2000)…………………………………………………………………………
38
Figure VI.01. La trace de ligne de saturation………...............................................
51
LISTE DES SYMBOLES symboles As A a Bb b Cm c Dd d Es ep F Fc Fs g Hb Hd He Hmax Hmin Hmv Hnd Ht Htd Hv Imoy K Kc Kh Km Kv Lb Lc Lé Lh Lpe Lr LTAP Lv Lx N
Désignation
Taux d’envasement. Superficie du bassin versant. Accélération sismique. Largeur de la base de la digue. Longueur de la crête de la digue. Cohésion du matériau. Coefficient de nature de terrain Densité de drainage. Densité du sol. Taux d’abrasion. Epaisseur du tapis m. Longueur maximale de la surface d’eau. Fréquence des cours d’eau. Coefficient de sécurité. Accélération de la gravité (9.81). Hauteur de la retenue. Hauteur de la digue. Hauteur d’eau. Altitude maximale. Altitude minimale. Hauteur de montée de la vague. Hauteur normale. Hauteur totale de la retenu. Hauteur totale de la digue. Hauteur des vagues. Pente moyenne. Coefficient tenant compte de la rugosité du talus. Coefficient de compacité de Gravelius. Perméabilité horizontale. Perméabilité moyenne. Perméabilité verticale. Longueur du bassin versant. La largeur de la crête. Longueur de l’élément (tranchées de déblai). Longueur des cheminements horizontaux. Longueur du plan d’eau. Longueur de la retenue. Longueur du tapis. Longueur des cheminements verticaux. Longueur cumulée. Nombre des cours d’eau.
Unité t/km2/an Km2 m/s2 m m [/] [/] km/km2 kg/m3 t/km2/an m m km2 [/] m/s2 m m m m m m m m m m % % [/]
m m m m m km m m m
Nc P Ph R Rm Rmax Rmin r Sbv s T Tc tgα Vm Vt Vutile Vs Vv x ,y ω π ρs Φ NNR CFL
Composant normal. Périmètre du basin versant. Pression hydrostatique interne. Rayon du cercle de rupture. Rayon moyen. Rayon maximal. Rayon minimal. Revanche. Surface du bassin versant. Tranchée. Temps d’exploitation. Composant tangentiel. Pente du talus amont. Volume mort. Volume total. Volume utile. Volume solide ou garde d’envasement. Vitesse de propagation des vagues. Coordonnées de la courbe de saturation. Vitesse du vent . Rapport constant de la circonférence (3.14). Masse volumique. Angle de frottement interne du matériau. niveau normal de la retenue. cote du fond de lit.
[/] [/] Km
[/] [/] [/] [/] m km2 An [/] [/] m3 m3 m3 m3 m/s m m/s [/] t/m3 m m
Introduction générale
Introduction générale
En partant de ce verset coranique" " و ﺟﻌﻠﻨﺎ ﻣﻦ اﻟﻤﺎء ﻛﻞ ﺷﻲء ﺣﻲ, on en déduit que l’eau est un bien précieux, indispensable à la vie ainsi qu’à toute activité humaine. Toutefois, les ressources en eau douce ne sont pas inépuisables. Il est donc indispensable de les préserver, de les emmagasiner et de les traiter pour en contrôler ensuite l’usage et le débit à des fins d’alimentation, de l’irrigation et de l’usage industriel. C’est pourquoi qu’il a fallu concevoir des ouvrages de stockage et d’emmagasinement tels que les retenues collinaires, les digues ou les barrages. Les ressources en eau en Algérie, aussi bien celles qui coulent en surface que celles des nappes souterraines, constituent l’une des principales richesses sur lesquelles reposent la prospérité du pays à long terme et la réussite durable de son développement économique et social. Face à la croissance rapide de la population et les besoins liés au développement économique, ces ressources s’avérer insuffisantes dans un proche avenir. À cet effet, le but de ce travail est l’étude, la conception et le dimensionnements d’une digue à talus. Nous avons considéré comme exemple la digue de sous bassin de oued sidi Aissa. Administrativement, ce sous bassin dépend de la commune de Doui Thabet dans le lieu dit (Laameche), daira de Youb. Il s’git d’un ouvrage de stockage d’eau destinée à l’abreuvement du cheptel, l’irrigation des terres agricoles. Il dessert la population locale et contribue au développement de la région. Cette étude regroupe six chapitres comme suit : Le premier chapitre, définit les déférents types de la digue à talus. Le deuxième chapitre consiste à déterminer la classification de ces ouvrages. Le troisième chapitre est consacré à la conception et le dimensionnement de la digue. Le quatrième chapitre traite l’aspect lié à la protection contre les infiltrations dans la digue. Le cinquième chapitre donne une présentation générale du site d’étude et définit les caractéristiques morphologiques qui lui sont associées. Le sixième et le septième chapitre sont consacrés aux calculs de la digue.
Chapitre I Définitions et types de la digue à talus
Chapitre I
La définition et les types de la digue à talus
1. Introduction Dans ce chapitre, les définitions élémentaires concernant les ouvrages de retenu sont présentées. Les différents types de ces ouvrages sont énumères. Les éléments essentiels qui constituent ce type d’ouvrage sont donnés.
2. Définitions :
2.1. Les ouvrages de retenu : Les barrages et les digues sont des ouvrages en terre ou en béton établis, entre l’amont et l’aval d’un lit d’un cours d’eau. Ils servent à l’alimentation en eau potable, à la production d’énergie électrique et à l’irrigation des cultures.
2.2. La digue : Il s’agit dune longue construction destinée à faire obstacle aux eaux. Elle sert soit pour protéger les côtes de l'érosion marine et les terrains bas de l'envahissement par la mer, soit pour régulariser un cours d'eau et protéger ses rives. 2.3. Le talus : C’est une pente d’inclinaison que l'on donne à la surface verticale d'une construction ou d'un terrain. Le talus d'une fortification, d'un mur de terrasse. Les talus en enrochements prennent une place de plus en plus importante dans la construction des ouvrages maritimes défensifs. Cela tient à plusieurs raisons qui sont leur facilité de construction et d'entretien, leur bonne tenue à la mer, et leur coût souvent plus faible que celui des autres types de constructions. 2.3.1. Talus artificiels : Les talus artificiels sont essentiellement affectés par des glissements et parfois par des phénomènes de fluage. On peut les classer en fonction des types d’ouvrages [1]: -Talus en déblai ; -Talus en remblai sur sol non compressible ; -Talus en remblai sur sol compressible ; -Digues et barrages en terre. Pour chaque type, on peut identifier certains modes de rupture.
2
Chapitre I
La définition et les types de la digue à talus
2.3.2. Talus en déblais et talus en remblais sur sols non compressibles : Les ruptures ont, d’une façon générale, l’allure de glissements rotationnels circulaires. On distingue [1]: -Les cercles de talus se produisent généralement dans les sols hétérogènes. La base du cercle correspondant à une couche plus résistante. -Les cercles de pied (sont les plus courants dans ce type d’ouvrages). -Les cercles profonds ne se produisent que dans le cas où le sol situé sous le niveau du pied du talus. 2.3.3. Talus en remblais sur sols compressibles : La rupture constatée dans des remblais en sol compacté (remblai routier par exemple) repose sur une couche d’argile molle, de vase ou de tourbe souvent profonde. Les cercles de rupture sont tangents à la base de la couche molle lorsque celle-ci est relativement peu épaisse
[1]. 2.4. La digue à talus : Les digues à talus sont des ouvrages constitués de matériaux rocheux, habituellement protégés par une carapace de blocs d’enrochement naturel ou de blocs artificiels de plus grandes dimensions. Les digues servent généralement à mettre à la disposition des navires des eaux calmes pour l’amarrage ou le mouillage, à l’abri de la houle ou des courants. La (Figure I.1) montre une coupe-type d'une digue à talus, avec ses divers éléments. Une digue est un remblai longitudinal, naturel ou artificiel [2].
3
Chapitre I
La définition et les types de la digue à talus
Figure I.01. Coupe-type d’une digue à talus [3].
Plusieurs variantes sont envisageables. Ces dernières dépendent de la fonction de la digue, de l’accès, de l’utilisation faite de la face arrière, des exigences en matière de hauteur de crête ainsi que des considérations économiques ou des exigences de maintenance.
3. Les types de digues: Les différents types sont présentés dans la (Figure I.2). Il s’agit de :
3.1. Digue à talus conventionnelle: Elle a une coupe trapézoïdale simple. La carapace peut recouvrir la crête ainsi qu’une partie du talus arrière de même que la face avant. L’objectif de ces coupes simples est généralement de constituer un abri pour d’autres ouvrages tels que les quais ou les postes d’amarrage [2].
3.2. Digue à talus conventionnelle avec mur de couronnement: Cet ouvrage est principalement utilisé en tant que protection de port. Le mur de couronne ment ou l'élément de crête, qui intègre souvent une voie de circulation, permet l’accès le long de la digue. Si l’ouvrage n’intègre ni quai ni plate-forme, le mur de couronnement fournit un accès au musoir et pour les opérations de maintenance de la digue [2]. 4
Chapitre I
La définition et les types de la digue à talus
3.3. Digue à berme: Dans ce cas, le talus côté mer présente une berme en enrochement naturel. Il existe trois types de digues à berme définis en fonction du niveau de stabilité de l’enrochement :
-
Digue non-reprofilable statiquement stable, dans lesquelles peu de mouvements de blocs
sont autorisés ;
-
Digue à berme reprofilée statiquement stable : lors de violentes tempêtes, la répartition de
l’enrochement est modifiée par la houle pour former un profil naturellement stable dans lequel chaque bloc d’enrochement est stable ;
-
Digue à berme reprofilable dynamiquement stable : lors de violentes tempêtes, la répartition de l’enrochement est modifiée par la houle pour former un profil en S naturellement stable dans lequel les blocs individuels continuent de se déplacer sur le talus [1].
3.4. Digue à crête abaissée: Un ouvrage à crête abaissée peut servir de protection dans des sites où les conditions de houle doivent être atténuées. Il peut être aussi conçu dans le cas où le franchissement est acceptable ou dans les sites où la visibilité horizontale est un impératif. Il s’agit de l’exemple des ouvrages réalisés pour des raisons esthétiques. Ces ouvrages permettent généralement un franchissement significatif de la houle et peuvent être semi émergés ou totalement immergés, en fonction de la marée. Ce type de digues est généralement construit sous la forme d’un remblai en enrochement naturel. Il est recouvert, quelque fois, d'enrochement artificiel. Ce qui revient à une digue statiquement stable. Il est également possible de construire deux digues parallèles, la digue côté mer étant immergée et la digue côté terre étant à crête abaissée. L’ensemble forme une digue à double remblai. En règle générale, ces ouvrages ne limitent la hauteur de la houle avec efficacité que pour une faible variation des hauteurs d’eau. Leur utilisation est normalement restreinte à de faibles marnages. Les digues à crête abaissée peuvent servir d’ouvrages de protection des plages [2].
3.5. Digue en caisson ou digue mixte verticalement: Il s’agit d’un soubassement en enrochement sur lequel des caissons sont placés. Dans certains cas, le soubassement n’est qu’une fondation peu élevée pour les caissons (voir l’illustration 5a de la Figure I.2). Dans d’autres cas, il peut représenter une proportion 5
Chapitre I
La définition et les types de la digue à talus
significative de la profondeur (voir l’illustration 5b de la Figure I.2). Ce soubassement peut avoir besoin de protection selon la profondeur. Ce type de digue sert principalement de protection portuaire [2].
3.6. Digue mixte horizontalement: Il s’agit d’une combinaison d'une digue en caisson (placée en second plan) et d'un talus (placé en premier plan, côté mer). Ce talus est constitué en enrochement naturel ou artificiel, dont la taille est suffisante pour assurer sa stabilité du point de vue hydraulique. Le caisson peut être placé sur des fondations composées d'enrochement plus petit. Outre ces différents types de digues et de manière plus générale, on distingue les digues reliées à la côte des digues dites foraines. Dans la plupart des cas, les digues sont reliées à la côte. Ces ouvrages ont une racine côté terre, une section courante et un musoir côté mer. S’ils sont constitués de plusieurs sections courantes d'orientations différentes, les jonctions sont formées par des coudes. Les digues foraines sont complètement déconnectées. Elles ont donc deux musoirs mais pas d'enracinement [2].
6
Chapitre I
La définition et les types de la digue à talus
Figure I.2 .Coupes-types de différents types de digue [3]. 4. Les critères techniques de choix du type de digue : En général, les critères techniques relatifs aux choix du type de digue à retenir sont liés aux condition suivantes [4]. 4.1. Conditions hydrauliques [4].
-
La profondeur de l’eau ; L’intensité du marnage ; La hauteur de la houle.
4.2. Conditions géotechniques. Il s’agit essentiellement des conditions liées aux paramètres du sol 4.3. Contraintes d’exploitation du port [4].
-
L’agitation résiduelle maximale qui dépend notamment de l’ouverture de la passe et de la réflexion due aux ouvrages;
-
Les franchissements admissibles;
-
Les emprises souhaitables.
4.4. Conditions de construction [4].
-
Matériaux disponibles ;
-
Engins, matériel et équipement requis ;
-
Aires nécessaires (zone, de préfabrication, aire de stockage,…) ;
-
Contraintes d’approvisionnement.
7
Chapitre II Classification des ouvrages
Chapitre II
Classification des ouvrages
1. Introduction : Les ouvrages de protection contre la houle sont les ouvrages qui permettent de protéger un port ou une partie d’un port (plan d’eau, terre‐plein) contre les actions de la houle (attaque directe, franchissements, submersion, érosion...). Certains de ces ouvrages peuvent aussi être utilisés pour protéger des installations ou des ouvrages isolés (prise d’eau, émissaire en mer) ou même des portions de littoral. Ce sont des ouvrages artificiels construits par l’homme, à l’exception des ouvrages naturels qui peuvent avoir les mêmes fonctions. Certains de ces ouvrages peuvent être situés à l’intérieur du port. Ils permettent alors d’améliorer ou de compléter la protection contre la houle : jetées intérieures, contre jetées, talus de terre‐pleins ou plages d’amortissement. Globalement ces ouvrages se présentent comme suit : 2. Les ouvrages traditionnels:
- Digues ou brise‐lames ou jetées qui se subdivisent en : digues à talus construites généralement à l’aide d’enrochements naturels ou artificiels (béton) ;
- Digues verticales dont la paroi exposée à la houle peut être ou non perméable ; - Digues en Terre. Toutefois, la mise en place de ce type d’ouvrage nécessite une étude préalable 3. Études préalables : Avant d’entreprendre l’implantation finale et la construction d’un ouvrage de protection contre la houle, il est nécessaire de bien connaître les caractéristiques du site ainsi que les ressources locales, de façon à réaliser un ouvrage qui soit optimisé en fonction des critères fondamentaux que sont [5]:
- La durabilité ; - L’efficacité de la protection contre la houle ; - Le coût de construction ; - Le coût d’entretien. En effet, compte tenu du coût très élevé de ce type d’ouvrage, leur durée de vie souhaitable est d’au moins 50 ans. En général, les renseignements recueillis lors de la phase préliminaire des études sont suffisants pour pouvoir déterminer l’implantation du port et les caractéristiques de ses ouvrages 8
Chapitre II
Classification des ouvrages
principaux de protection contre la houle. Mais ils s’avèrent souvent trop partiels pour pouvoir définir et concevoir de façon précise le dit ouvrage. Il y a donc lieu, dans la plupart des cas, de recourir à une campagne de reconnaissance spécifique au site retenu. 4. Classification des ouvrages : -
Les digues verticales ;
-
Les digues à talus ;
-
Les digues mixtes.
5. Digues verticales :
5.1.Éléments constitutifs : Une digue verticale est essentiellement composée d’un mur vertical monolithique ou constituée d’éléments assemblés entre eux destinés à renvoyer l’énergie de la houle par réflexion totale. Elle est assise sur un massif de fondation généralement constitué d’enrochements de petite taille (ballast concassé par exemple), protégé contre l’action de la houle par des éléments de taille beaucoup plus importante [5].
5.2. Quelque ouvrages spéciaux: Les digues à talus et les digues verticales constituent des ouvrages de grandes dimensions qui demandent, pour leur mise en œuvre, des installations et des moyens importants. Certains autres types d’ouvrages peuvent présenter parfois une alternative intéressante [5].
5.3. Digues verticales perméables ou mur d’eau fixe : Ces digues, généralement constituées de caissons reposant sur des pieux ou des barrettes, permettent d’arrêter une bonne part de la houle tout en laissant circuler l’eau entre le fond du caisson et le fond de la mer. Sous réserve que l’ouvrage présente des dimensions suffisantes, une largeur et surtout tirant d’eau vis‐à‐vis de la profondeur et de la houle, celui‐ci ainsi que la masse d’eau située en
9
Chapitre II
Classification des ouvrages
dessous de lui vont se comporter comme un véritable mur, d’où son nom récent de mur d’eau fixe [5].
Figure II.1. Digues verticales perméables ou mur d’eau fixe [6]. En effet, si l’on observe les vitesses à l’intérieur de la masse d’eau, on constate que, le long de la muraille, celles‐ci sont verticales. Ce mouvement se poursuit en fait jusqu’au fond. Les vitesses horizontales de la houle sont pratiquement annulées [5]. 6. Les digues mixtes : Sont le plus souvent implantées dans les mers à marnage. Le soubassement en enrochements monte généralement à une cote qui autorise la réalisation à sec de la partie verticale. Ce type d’ouvrage peut également constituer une alternative dans l’hypothèse ou le sol support pourrait ne pas supporter le poids d’une digue à talus complète [4].
7. Digues en Terre :
7.1. Facteurs qui influencent la conception et la réalisation [5]: Le choix du site de l’ouvrage, doit tenir compte de :
La convenance technico-économique de sa situation et ses alentours, les secteurs d’irrigation ou d’approvisionnement à la population. Les éventuelles difficultés du transfert de l'eau depuis l'emplacement choisi jusqu'au point de distribution d’eau doivent être appréhendées. 10
Chapitre II
Classification des ouvrages
L'emplacement du barrage où la relation entre le volume utile et le secteur occupé par celui-ci doit être au maximum. Le secteur doit être vaste pour satisfaire la régularisation du barrage.
Aspects économiques tels que : affectations de terrains, d’habitations et d’infrastructures par les inondations.
Possibilité de voies d'accès au lieu, fourniture d'énergie électrique, approvisionnement d'eau potable. En Algérie, la conception de ce type d'ouvrages est effectuée en deux phases, à savoir [5]: Etude préliminaire ou de faisabilité Avant-projet détaillé ou projet d’exécution.
La première peut être associée à la réalisation des schémas de développement hydraulique de "retenues collinaires et petits barrages" des wilayas, dans laquelle on mènerait à bout les différentes études nécessaires pour le choix des lieux favorables pour l'aménagement collinaire [5]. Une fois définit les emplacements des ouvrages proposés, on passe à la deuxième phase qui consiste à l'élaboration de l'avant-projet détaillé ou projet d'exécution dont les caractéristiques du site ont une influence importante sur la conception de l'ouvrage [5]. Ensuite on analysera les facteurs qui influencent la conception et la réalisation de barrages en terre, tels que [5] : Hydrologie. Géologie. Matériaux disponibles. Caractéristiques de la fondation. Climat. Caractéristiques du site de l'ouvrage. Déviation de la rivière pendant la réalisation (dérivation provisoire). Action des vagues. But de l'ouvrage. Délais de réalisation. Séismicité. Les facteurs hydrologiques et
géologiques sont traités dans les procédures
méthodologiques qui ont été conçu spécialement à ce propos. Ces facteurs sont liés aux :
11
Chapitre II -
Classification des ouvrages
Les matériaux disponibles: Pour la construction du remblai, la qualité et la quantité des matériaux situés aux
alentours de l'ouvrage sont celles qui déterminent souvent le type d’ouvrage. Par exemple, s'il y a une grande quantité d’argile on peut construire une digue homogène; au contraire, on peut construire une digue zoné. Dans le cas des "retenues collinaires" il est préférable, en général, des digues homogènes [4].
-
Les zones d’emprunt : Elles devront être localisées le plus près possible du lieu d'exécution. Comme règle, pour
palier à un problème économique, nous utiliserons des matériaux d’excavation des ouvrages annexes. La situation des carrières à proximité du site permet de choisir le type de revêtement et l'approvisionnement des matériaux pour les filtres et des pierres pour le béton [4].
7.1.1. Caractéristiques de la fondation: Par rapport aux types de fondation, on peut arriver à divers problèmes. Un sol mou implique des talus plus tendus et une revanche supérieure en tenant compte les tassements. Par contre, pour un sol ou sous sol perméable, l'utilisation d'un tapis d’étanchéité ou d’une clé d’ancrage, total ou partiel, est conseille. Ceci, pour élargir le flux de filtration et réduire les débits. Une fondation rocheuse perméable implique la nécessité d'injections [5].
7.1.2. Climat: La saison pluvieuse provoque des retards dans l'intervalle de temps prévu pour la réalisation de l'ouvrage. Ces contre temps
doivent être prises en considération dans la
programmation. La haute teneur en eau des matériaux d’emprunt cause des problèmes pour le constructeur notamment
dans les zones où les précipitations moyennes interannuelles sont
élevées. On recommande des noyaux inclinés ou des écrans. Les travaux ne peuvent être effectués que dans la saison sèche. En général, on peut dire qu'un climat pluvieux nécessite de concevoir des digues avec un volume minimal de matériaux argileux [5].
7.1.3. Caractéristiques du site de l'ouvrage: Dans les vallées étroites, le barrage doit être dimensionné en fonction des engins de construction. Dans ces vallées, on peut utiliser des talus moins abrupt à cause de l'effet tridimensionnel. Si la vallée est large (digue très large), il faut concevoir la digue avec soin dans le but d'économiser les matériaux et réduire le coût du barrage [5]. 12
Chapitre II
Classification des ouvrages
7.1.4. Action des vagues: Pour palier à l’action des vagues, on doit dimensionner le recouvrement du talus de la digue. L'enrochement mécanique ou manuel consiste à faire le meilleur recouvrement. On emploie aussi parfois des dalles en béton, d'asphalte, de matériaux artificiels, etc. Si le mouvement des vagues s’avère plus grand, il sera nécessaire de dimensionner une épaisseur de recouvrement plus importante et un niveau de crête plus important aussi. On doit choisir le site de la digue de sorte qu’il soit protégé du vent et économiser son coût [5].
7.1.5. But de l'ouvrage: Les volumes des pertes par filtration qu'on pourrait éviter dépendent du type de l’ouvrage et aussi des conditions de travail différentes. Les barrages de régularisation ne requièrent pas la même rigueur que ceux qui ont une utilisation bien définie Dans les barrages en général, il est nécessaire de faire une étude bien précise pour l’analyse de stabilité des talus en amont à cause des vidanges rapides [5].
7.1.6. Délai de réalisation: Par exemple, si le temps qu'on dispose pour la réalisation de l'ouvrage est court, on doit se méfier de hautes pressions de pores dans les matériaux argileux; probablement, on doit dimensionner la digue avec des talus moins abrupts qui garantissent la stabilité [5].
7.1.7. Séismicité: Les barrages situés dans des zones sismiques doivent être conçues avec des paramètres plus sévères, cet à dire, avec des talus moins abrupts, des crêtes plus larges, des filtres et des drains plus importants, etc…..[5].
8. Recensement des ouvrages 8.1. Recensement des digues portuaires Le recensement effectué se concentre sur le type d'ouvrages : digues verticales ou à talus. Il n'a pas été possible de réaliser un classement suivant des données géométriques comme la profondeur d'eau devant l'ouvrage, la hauteur de l'ouvrage ou suivant la houle de dimensionnement car il est difficile d'obtenir toutes les coupes d'ouvrages [7].
13
Chapitre II
Classification des ouvrages
2.1. Recensement des digues côtières Nous retenons pour les ouvrages côtiers, la classification donnée par Philippe SERGENT [7]. Cette classification concerne l’Europe et citée à titre indicatif. – Ouvrages de haut de plage ; – Ouvrages transversaux ; – Brise-lames.
Pour le cas de l’Algérie, une présentation similaire peut être donnée. Toutefois nous ne disposons pas de données détaillées pour faire cette classification. Nous notons que les ouvrages de haut de plage représentent le type de construction largement le plus répandu. Ces ouvrages ont fait l’objet d’une répartition complémentaire en fonction de leur géométrie ou de leur constitution suivant les catégories suivantes [7]: – Défense en enrochements ; – Perré imperméable de maçonnerie ou de béton ; – Mur à parement vertical ou présentant un fruit.
14
Chapitre III Dimensionnements de la digue
Chapitre III
Les dimensionnements de la digue
1. Les dimensions de la digue : 1.1. Hauteur de la digue: La hauteur totale de la digue est égale à la hauteur normale de la retenue des eaux majorée de la charge maximale au-dessus du seuil du déversoir et de la revanche. 1.2. La revanche: C'est une tranche comprise entre la côte des plus hautes eaux (PHE) et la crête du barrage. Pour la déterminer, on doit tenir compte de la hauteur des vagues qui se forment sur le plan d'eau et la projection de l'eau vers le haut du barrage due à la vitesse de propagation des vagues lorsqu'elles rencontrent le barrage. Donc on doit évaluer la hauteur et la vitesse des vagues. Elle doit être prévue au-dessus du niveau des plus hautes eaux afin que les vague qui pourraient se former ne submergent pas la digue. Elle constitue de plus une tranche de sécurité en cas de crue catastrophique [8]. D’après Mallet et Pacquant, la hauteur des vagues est donnée avec une assez bonne approximation par la formule [8] : -Formule de MALLET :
+
Hv =
(III.1)
Hv : hauteur des vagues en (m). Lpe : longueur du plan d’eau en (km). Pour des vagues comprises entre 0.5 et 2 m la vitesse de propagation des vagues en m/s est note
Vv.
Elle est donnée par :
+
Vv =
15
Hv
(III.2)
Chapitre III
Les dimensionnements de la digue
On prendra alors comme revanche (r) :
2
r = Hv +
(III.3)
Vv : Vitesse de propagation de la vague (m/s) ; : Accélération de la gravité (9.81 m / s²). On pourra également utiliser les formules suivantes. Ces formules sont établies en U.R.S.S [8] : -Formule d’ANDREANOFF :
Hv=0.0208 ω5/4 *Lr1/3
(en m)
(III.4)
Avec :
ω : vitesse du vent en m/s. Lr : longueur de la retenue en km. Pour les très grandes surfaces découvertes, SOLOVIEFF propose:
Hv=0.073ω
(III.5)
Pour tenir compte de l’énergie cinétique de l’eau à la rencontre avec le talus amont, le professeur DJOUNKOVSKY indique la formule [8] :
r = 3.2 × K × Hv × tg α avec :
r: revanche (en m). K : coefficient tenant compte de la rugosité du talus ; K= 1 pour talus en terre lisse, et
k = 0.77 pour talus revêtus de pierres sèches.
tgα : pente du talus amont.
16
(III.6)
Chapitre III
Les dimensionnements de la digue
1.3. Hauteur normale de la digue : La hauteur normale de digue est calculée en tenant compte de la capacité utile à stocker, de la tranche morte, des pertes par infiltration et par évaporation. Elle est définie comme étant la différence entre la hauteur totale de la digue et la revanche [8].
Hnd = Ht – r
(III.7)
Hnd : hauteur normal. Ht : hauteur totale de la retenu. r : revanche. 1.4. Largeur en crête de la digue : Pour les petits ouvrages, la largeur en crête de la digue ne devra pas être inférieure à 3m Pour des digues de plus de 9 m de haut on adopte souvent comme largeur en crête 1/3 de la hauteur de la digue. On peut également calculer cette largeur par des formules telles que celles données par les auteurs du document technique [8] : -
-
E.F.PREECE
Lc = 1+ 1.1 Ht
(III.8)
Lc=1,65√
(III.9)
T.T.KNAPPEN t
Lc et Htd sont exprimés en mètres.
1.5. La pente des talus de la digue : La pente des parements ainsi que le type de la digue dépendra des matériaux disponibles pour la construction. Le massif sera homogène si les matériaux ont une granulométrie assez étendue, ou à zones lorsque le matériau ne peut constituer un massif imperméable
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Chapitre III
Les dimensionnements de la digue
Pour déterminer la pente des talus, on se donne empiriquement des pentes qui paraissent optimales et on vérifie ensuite grâce à une étude stabilité qu’avec ces pentes la digue présenté suffisante. Nous suggérons ici quelques chiffres qui devront dans chaque cas particulier (sauf peutêtre pour des ouvrages de très faible hauteur) être confirmés par une étude de stabilité.
Tableaux III.1 Pentes de digue [8] . Pente des parements Hauteur de digue
3à5m
5 à 10 m
Type de digue 1) Homogène 2) à zones 1) homogène, granulométrie étendue. 2) homogène mais à fort porc entage d’argile 3) à zones
Amont
Aval
1/2.5 1/2
½ ½
½
½
1/2.5
1/2
1/2
½
Toutefois, pour les grands ouvrage, il est recommandé d’adapter pour une hauteur comprise entre 10 et 20 m, une pente amont d’une valeur avoisinant 1/2.5 et en aval une pente de 1/2. Pour les structures dont la hauteur est supérieure à 20 mètre, les pentes caractéristiques avoisinent respectivement les valeurs 1/3 et 1/2.5 pour les parties amonts et avals. Dans le cas des petits ouvrages de 3 à 5m, les vérifications de stabilité ne s’imposent que si les matériaux de construction sont de qualité médiocre. Si ceux-ci ont été reconnus aptes à la construction de la digue, sans qu’ils exigent des précautions spéciales pour cette construction, on pourra adopter les pentes proposées ci-dessus. 2. Détermination de la ligne de saturation : Avant d’entreprendre le calcul de stabilité, il faux déterminer la position de la ligne de saturation qui délimite la patrie sèche (ou humide) de la digue et celle qui est saturée d’eau [8]. 2.1. Digue homogène : La ligne de saturation peut être assimilée dans sa partie médiane, à une parabole d’axe horizontal, de foyer situé au pied du parement aval du massif et définie par l’équation [5] : 18
Chapitre III
Les dimensionnements de la digue
X=
(III.10)
En se reportant à la figure III.1 on a :
= √ℎ + =
−
− 0.7 ∗
(III.11)
(III.12)
x ,y : les coordonnées de la courbe de saturation.
Figure III.01. La ligne de saturation de digue homogène. 2.2. Digue à noyau : Dons le cas d’une digue comprenant un noyau imperméable soutenu par des zones perméables, on trace la digue de saturation en ne considérant gue la zone de la ligne de saturation (Figure III.2).
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Chapitre III
Les dimensionnements de la digue y
Noyau imperméable A B
C D y0 X
0.3b b
Figure III. 02. Ligne de saturation dans une à noyau [8]. On peut laisser la ligne de saturation déboucher au point D du parement aval, car il pourrait y avoir entrainement des matériaux par le courant liquide en ce point. , On rabat la ligne phréatique grâce à un drain de pied ou tapis filtra.la construction précédente reste en valable en plaçant l’origine des axes non pus au pie du talus aval, mais à l’extrémité amont du drain (Figure III.3)
y
A
B
y0 X
0 .3 b
a
b
filtre
d
Figure III .03. Ligne de saturation dans une drainée [8].
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Chapitre III
Les dimensionnements de la digue
Cette construction de la ligne de saturation suppose que la ligne est isotrope au point de vue hydraulique. Le coefficient de perméabilité k est le même dans toutes les directions. Or du fait du compactage la perméabilité horizontale Kh peut être supérieure à la perméabilité verticale
Kv . On adopte alors un coefficient de perméabilité moyen
K m=
et pour tracer la
ligne de saturation, on déforme le profil de la digue en multipliant les dimensions horizontales par le facteur:
/
.
21
Chapitre IV Protection contre les infiltrations dans la digue
CHAPITRE IV
Protection contre les infiltrations dans la digue
1. Protection contre les infiltrations et les fondations d’une digue : Du fait qu’on a créé une charge hydraulique derrière la digue, l’eau a tendance à s’infiltrer dans le massif même du barrage et dans les terrains d’assise. Le choix des matériaux de construction et de l’emplacement de la digue aura été fait de telle sorte que les débits d’infiltration soient négligeables. Toutefois, ceux-ci ne sont jamais nuls. Il est important de s’assurer qu’à l’aval, des eaux infiltrées ne nuisent pas à la stabilité de l’ouvrage. Ainsi, il faut éviter d’une part que ces eaux ne causent des destructions locales en entrainant des particules de terre du talus aval, d’autre part que les sous-pressions en aval ne tendent à soulever le pied de la digue (Figure IV.01) [8].
La ligne d'action d'eau Materiau peu perméable Materiau peu perméable Materiau imperméable Materiau imperméable
Imperméable Peu perméable
Figure IV.01. Action des eaux d’infiltration [8]. 1.1. Infiltrations dans la digue : En ce qui concerne les infiltrations à travers la digue, on aura soin de placer au pied aval du massif un tapis filtrant. Il est indiqué de mettre aussi un drain de pied. Ces précautions auront pour effet de rabattre la ligne de saturation à l’intérieur de la digue en interceptant les eaux d’infiltration (Figure IV.02) [8].
22
CHAPITRE IV
Protection contre les infiltrations dans la digue
tranchée drainante
imperm éable peu perméable
Figure IV.02. Tapis filtrant [8]. Le tapis filtrant augmente légèrement les débits d’infiltration. On évitera donc de la faire trop large. Il pourra occuper environ 1/3 ou même 1/4 de la largeur du barrage de façon à maintenir la ligne de saturation à au mois 2 m du parement aval environ. La granulométrie de ce filtre devra être étudiée de façon à empêcher l’entrainement des fines particules hors de l’ouvrage. La couche supérieure, au contact du massif, est constituée de grains les plus fins (Figure IV .02). Le diamètre du tamis passant 15٪ des grains les plus fins d’une couche sera égal à 9 fois le diamètre du tamis passant 15٪ des grains les plus fins de la couche suivante. On aura par exemple [8] :
Tableau IV.01 Les grains les plus fins Couches
Diamètre du tamis passant 15٪ des grains les plus fins
Digue
0,01 mm
Sable fin
0,09 mm
Sable grossier
0,81 mm
Gravier
7,3 mm
En pratique on pourra prendre comme épaisseur de chaque couche 50 fois le diamètre de 15٪ des éléments les plus fins. Toutefois, on ne descendra pas au-dessous de 30 cm, afin que le débit du drain reste supérieur à celui des eaux d’infiltration [8]. 23
CHAPITRE IV
Protection contre les infiltrations dans la digue
1.2. Infiltrations dans les fondations : En ce qui concerne les infiltrations dans les fondations, plusieurs cas peuvent se présenter : 1- Le terrain d’assise est constitué d’une couche imperméable reposant sur une couche perméable. 2- L’assise est constituée d’une couche d’alluvions peu perméable reposant sur une couche imperméable. 3- Les terrains de fondation sont constitués d’alluvions reposant sur des couches alternées plus ou mois perméables ou sur des roches fissurées. 4- La digue repose sur une fondation rocheuse saine et non fissurée [8]. 1.2.1. Les cas d’infiltrations dans les fondations : Cas 1 – dans le premier cas, la couche imperméable risque d’être soulevée par l’eau sous pression qui se serait infiltrée dans la couche perméable sous-jacente (Figure IV.01). Si la couche imperméable est assez épaisse pour que son poids atteigne 50 à 75٪ de la charge hydrostatique derrière le barrage, il n’y aura pas risque de soulèvement, car le poids de cette couche et les pertes de charge à travers les fondations équilibreront la charge hydrostatique. Si la couche imperméable est peu épaisse, on pourra la drainer en aval en creusant une tranchée ou des puits de décompression (Figure IV.03) [8]
La ligne d'action d'eau Materiau permeable Materiau permeable Materiau peu permeable Materiau impermeable
tapis filtrant
drains verticaux tranchée drainante
imperméable
imperméable peu perméable
Figure IV.03. Drainage des fondations imperméables [8]. 24
CHAPITRE IV
Protection contre les infiltrations dans la digue
Cas 2- Lorsque la digue repose sur une assise d’alluvions peu perméable, on réduira le courants d’infiltration dans cette couche par un écran imperméable. Si la couche n’est pas profonde, cet écran pourra descendre jusqu’à l’imperméable. Sinon on lui donnera une profondeur suffisante pour réduire les débits d’infiltration et l’effet érosif des courants grâce à un allongement du parcours d’infiltration, c’est-à-dire à une augmentation des pertes de charge. On pourrait vérifier que les cheminements sont assez longs pour qu’il n’y ait pas formation de renards en appliquant la règle de Lane :
lv + 1/3 lh ≥ c Hd
(IV.1)
ou
lv : longueur des cheminements verticaux (pente sur l’horizontale > 45°) ; hd : hauteur de la digue ; lh : longueur des cheminements horizontaux ; c : Coefficient de nature de terrain. Il doit avoir les valeurs minimales suivantes : Tableau IV.02. Valeurs types de la nature de terrain [3].
Nature du terrain
C
Sables très fins et limons
8,5
Sables fins
7
Sables moyens
6
Gros sables
5
Petits graviers
4
Graviers moyens
3,5
Gros graviers
3
Mélange de gros graviers et de blocs
2,5
Argile plastique
3
Argile de consistance moyenne
2
Argile dure
1,8
Argile très dure
1,6
25
CHAPITRE IV
Protection contre les infiltrations dans la digue
L’écran étanche le plus simple consiste à creuser dans l’axe de la digue une tranchée de la largeur des machines de terrassement et d’une profondeur suffisante pour assurer l’étanchéité. Cette tranchée sera remblayée avec les matériaux argileux utilisés pour la digue ou pour le noyau étanche de celle-ci (Figure IV.04) [8].
Figure IV.04. Fondation perméables
Outre son rôle d’étanchéité, la tranchée assure une bonne liaison entre la digue et les fondations : Aussi il est bon de la prévoir dans tout barrage en terre. Pour allonger le cheminement des eaux d’infiltration, on peut prévoir plusieurs écrans étanches parallèles à l’axe de la digue. Pour que ces para fouilles soient efficaces, la distance qui les sépare doit être au moins gale à deux fois la profondeur du para fouille (Figure IV.05) [8].
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CHAPITRE IV
Protection contre les infiltrations dans la digue
Figure IV.05. Fondations perméables. Lorsque la longueur des cheminements conduit à des tranchées trop profondes, on peut prévoir en amont de la digue un tapis étanche en argile compactée. Ce tapis aura une épaisseur comprise entre 0,60 m et 3 m suivant la hauteur d’eau et la nature des terres de fondation. Sa longueur sera telle que le cheminement des eaux infiltres soit suffisamment long pour satisfaire à la règle le Lane. En pratique on admet comme limite supérieure économique de la longueur du tapis amont 6 à 8 fois la charge de l’eau. Si le tapis argileux doit émerger fréquemment lorsque la réserve se vide, il faudra le protéger par un perré de pierres sèches ou un enrochement, semblable à la protection du talus amont de la digue. [8] Ces dispositions permettent de réduire notablement les débits de fuite dans les fondations, mais ne peuvent les annuler. Aussi lorsque les fondations sont constitues d’une couche alluviale perméable, la seule façon de s’assurer qu’il n’y ait pas de grosses pertes est de descendre un écran étanche jusqu’à la couche imperméable. [8] Toutefois il est difficile pour des raisons économique de descendre la tranchée d’argile à des profondeurs supérieures à 10 m. Aussi lorsque ont attend la couche imperméable, ou pour réduire de façon suffisante le gradient hydraulique, on doit descendre à une telle profondeur. Il sera souvent plus économique de constituer un rideau de palplanches ou d’injection ou des rideaux en béton établis suivant le principe des parois continues (Figure IV.06). [7] 27
CHAPITRE IV
Protection contre les infiltrations dans la digue
Figure IV.06. Fondation perméables.
Cas 3 – De même, lorsque les terrains d’assise présentent des veines ou filons perméable (couches ou lentilles de sable ou de graviers, roches fissurée ou crevassées), on pourra avoir recours à des injections d’argile thixotropique, de produits chimiques, de ciment, de produits bitumeux ou d’un mélange argile, sable et ciment suivant l’importance des fissures. Dans le cas de fissures capillaires, ou ne peuvent passer les grains de ciment on aura recours aux injections d’argile ou de produits chimiques. Les produits chimiques, injectés à l’état liquide forment ensuite un gel étanche. Ayant une consistance à peu près semblable à celle de l’eau au moment de l’injection, ils pénètrent bien même là ou les solutions argileuses pénètrent difficilement. Toutefois, il faut s’assurer que les terrains traités ne contiennent pas d’électrolytes qui empêcheraient la formation du gel. Les injections de produit chimique sont malheureusement très couteuses [8]. Les injections d’argiles thixotropique ont un champ d’application plus vaste les argiles thixotropique sont des argiles qui contiennent suffisamment d’éléments colloïdaux pour former des solutions thixotropes, c’est-à-dire liquides lorsqu’on les agite, et à l’état de gels au repos. La plus répandue est la bentonite.
28
CHAPITRE IV
Protection contre les infiltrations dans la digue
Ces argiles sont utilisées sous forme d’argile pure dans les sables fins ou les minces fissures, sous forme de mélange d’argile et de ciment dans les terrains ou les vides sont assez importantes pour laisser passer le ciment, sous forme de mélange d’argile, de ciment, de sable et même de graviers, lorsque les vides à obstruer sont plus grands. L’incorporation de ciment rend la masse étanche plus stable et plus résistante. Enfin le bitume, sous forme d’émulsion fluide peut donner de bons résultats dans les étanchements par injection. Il faut toutefois s’assurer que le terrain ne contient pas d’éléments susceptibles de rompre l’émulsion. Cas 4- Lorsque le massif de terre repose directement sur rocher sain et non fissuré, on devra encore vérifier que la longueur du cheminement préférentiel des eaux au contact terreroche est suffisante pour remplir les conditions de Lane. On pourra éventuellement allonger ce parcours en creusant au marteau piqueur une ou plusieurs tranchées parallèlement à l’axe de la digue, ou en construisant un mur para fouille dans cet axe (Figure IV.07).
Figure IV.07. Fondations rocheuses. 2. Protection des talus : Le profil de la digue étant établi de façon à assurer à l’ouvrage une stabilité suffisante. Il faut encore prévoir une protection des talus contre l’érosion due au ruissellement et au vent. De plus, le parement amont devra être protégé contre le batillage. 29
CHAPITRE IV
Protection contre les infiltrations dans la digue
Sur le talus amont, on prévoit en général un enrochement en vrac ou un perré de perré de pierres arrangé à la main. Cet enrochement repose sur une couche drainante de graver et de sable de 30 cm environ formant un filtre [8].
30
Chapitre V Localisation du site d’implantation et caractéristiques morphologiques
CHAPITRE V
Localisation de cite et caractéristiques morphologiques
1. Présentation de la zone d’étude : La région d’étude se situe dans la wilaya de Saida au nord ouest d’Algérie. Le site de notre retenu se trouve dans le sous bassin oued sidi Aissa. Administrativement, il dépend de la commune de Doui Thabet dans le lieu dit (Laameche) Daira de Youb. Pour accéder au site, nous empruntons la route nationale n°94 sur environs une trentaine de kilomètre. Ensuit environ 1 kilomètre apprêt le village de Doui thabet. On prend à gauche la piste qui nous conduit directement au site en question. Le site se trouve en contrebasse de la route à 300 m [9]. La zone d'étude est caractérisée par une tranchée d'altitude variante de 668 m à 965m [10].
Figure V.1. Plan de Situation de la commune de Doui Thabet et la Daira de Youb [10].
31
CHAPITRE V
Localisation de cite et caractéristiques morphologiques
2. Végétation et morphologie du terrain : Le site d’étude est caractérisé par une végétation basse et forte. La cuvette du site est suffisamment large pour pouvoir servir de réservoir d’eaux superficielles. Pour ce qui est de la morphologie du site, la zone d’étude se présente comme une forme géométrique en (V). Le relief est plus rigoureux en rive droit qu’en rive gauche. La largeur du lit mineur de l’oued qui draine le site d’étude varie entre 10 à 20 mètre. Dans certaines endroits, cette largeur devient un peut plus large. Elle peut même dépasser les 50 mètres. D’une façon générale, le relief est peu accidenté avec un couvert végétal dispersé et une forêt éparpillée [11].
3. Sismicité : En fonction de l’intensité sismique, l’Algérie est découpé en quatre zones sismiques : zone 0
:
sismicité négligeable
zone 01
:
sismicité faible
zone 02
:
sismicité moyenne
Zone 03
:
forte sismicité
Notre digue est implanté dans une région ayant une activité sismique faible, c'est-à-dire elle est située en zone 1 de la carte des zones sismique et le coefficient d’accélération qui est adopté pour notre projet correspond à 0.12 [11]. 4. Etude géologique de la région. D’après les études qui ont été réalisées dans la région, la nature géologique de la zone d’étude (échelle régionale) est composée des terrains d’âges différents. La dolomie du Jurassique moyen est inférieure. Elle repose sur le Trias volcano-détritique (argiles bariolées) imperméable représenté aux environs du môle de Tiffrite. Les dolomies sont aquifères et surmontées de dépôts détritiques et argileux du Callovo-Oxfordien et du MioPliocène. La tectonique cassante des dolomies a déterminé une Karstification intense (roche dolomitiques), et l’érosion a provoqué avant la Karstification la mise à nu de la dolomie par décapage des terrains détritiques et argileux (transport solides par ruissellement de surface) [10].
32
CHAPITRE V
Localisation de cite et caractéristiques morphologiques
Tableau V.1. : Formations géologiques naturelles [10]. Structure géologique
Formations Morpho-Lithologiques et Géologiques
Bassin versant
1-formation argilo-gréseuses Collines à pentes plus ou moins d’âge (Callovien-Oxfordiens) fortes, avec érosion actuelle dans les zones cultivées 2-formation dolomitiques Falaises et pentes fortes cristallines et calcaires du Erosion et karstfication jurassique 3- formations gréseuses massives Pente plus au moins forte avec intercalations carbonatées Erosion et altération en surface et argilo-sableuses (inter-bancs)
Plateaux
Plaines
Topographie générale
4- Formation légèrement métamorphisée du môle de Tiffrite
Pente forte Erosion, éboulis
1- Dolomies cristallines et calcaires
Plateau Karstique Erosion chimique (Karstification)
2- Dolomies cristallines et calcaires dolomitiques
Plateau Karstique Erosion géo-chimique (altération atmosphérique) Pente faible Infiltration dans des alluvions
1- Dolomies et calcaires altérés
Plaines alluviales
géo-
Alluvions d’âges différents
5. Caractéristiques de forme : D’après l’extraction de la limite du bassin versant en utilisant le logiciel MapInfo, on peut obtenir facilement le périmètre, la superficie ainsi que la longueur du thalweg principal du bassin versant. Les données extraites sont représentées dans le tableau V.2. Tableau V.2. Paramètres de forme du bassin versant de Oued Sidi Aissa. Périmètre(Km)
Superficies(Km2)
22,90
20,45
Longueur du thalweg principal(Km) 10 ,14
33
CHAPITRE V
Localisation de cite et caractéristiques morphologiques
5.1. Coefficient de compacité de Gravelius (Kc) : C’est un coefficient qui exprime la caractéristique de la forme du bassin. Il est égal au rapport du périmètre du bassin à celui d’un cercle qui a la même surface.
Kc =
(V.1)
√ .
Avec:
P: Périmètre du basin versant en Km;
A: Superficie du bassin versant en Km2. Alor, Kc = 1,418 5.2. Les altitudes : Tableau V.3. Caractéristiques des altitudes du bassin versant. Paramètres Altitudes Symboles Unité Valeur Altitude maximale Altitude minimale Altitude la plus fréquente Altitude médiane Altitude moyenne H5% H95%
Hmax Hmin Hfreq Hmoy Hmoy
Mètre Mètre Mètre Mètre Mètre Mètre Mètre
1130,27 758,06 875 855,77 948,66 1040 831,25
5.3. Les pentes : Les cartes des pentes font ressortir cinq classes de pente répartie comme suit : Tableau V.4. Classes des pentes et Superficie du bassin versant de l’Oued Sidi Aissa. Superficie (Km2) Classes 0 – 3% 3 – 6%
4,12 7,013
6 – 12 ,5% 12,25 – 25%
7,40 1,77
34
CHAPITRE V
Localisation de cite et caractéristiques morphologiques
5.4. La pente moyenne est :
Imoy =
= 40,29%
(V.2)
D’après cette classification, notre bassin versant se trouve on classe R5, c'est-à-dire Un relief assez fort [9].
Tableau V.5. Différents indices de pente. Paramètres H5% H95% Dénivelée totale Indice de pente de Roche Indice de pente globale Pente moyenne Pente de l’oued La dénivelée spécifique Ds
Unité [m] [m] [m] [%] [%] [%] [%] [m]
Valeur 1040 831,25 1037,21 10,45 22,60 40,29 2,189 102,24
Les paramètres qui caractérisent la forme du réseau hydrographique son les suivantes : 5.5. La densité de drainage :
Dd =
∑
= 2,55 (Km / Km2)
(V.3)
Avec :
Dd : Densité de drainage en Km /Km2 ; Lx : Longueur cumulée en Km ; A : Superficie du bassin versant en Km2. A partir de la valeur de densité de drainage du bassin 2,55 Km /Km2, nous pouvons déduire que celui-ci est très bien drainé. 5.6. Fréquence des cours d’eau : Elle correspond au nombre des cours d’eau par unité de surface :
Fs =
= 5,62 (Km2)
Avec :
Fs : Fréquence des cours d’eau (Km2) ; N : Nombre des cours d’eau ; 35
(V.4)
CHAPITRE V
Localisation de cite et caractéristiques morphologiques
A : Surface du bassin (Km2). - Le rapport de confluence moyen et le rapport de longueur moyen sont égaux à la pente de droite ajustée aux points. Tableau V.6. Rapport de confluence et de longueur Bassin versant de Oued Sidi Aissa Rapport de confluence -1,38 Rapport de longueur 0,57 Les principaux paramètres morphométriques et hydrographiques qui agissent sur les variations du régime hydrographique montrent que le bassin d’Oued Sidi Aissa est caractérisé par une forme relativement allongée avec un périmètre dendritique. Tableau V.7. Paramètres physiques du bassin versant de l’Oued Sidi Aissa. Paramètre Unité Symbole Valeur Site de retenue [/] Douit Thabet( Laameche) Bassin versant [/] Oued Sidi AISSA Destination de la retenue [/] Irrigation Bassin versant [Km2] Sbv 20,45 Périmètre du bassin versant [Km] P 22,90 Longueur du thalweg principal [Km] L 10,14 Altitude maximale [M] Hmax 1130,27 Altitude minimale [M] Hmin 758,06 Altitude la plus fréquente [M] Hfreq 875,00 Altitude médiane [M] Hmed 855,77 Altitude moyenne [M] Hmoy 948,66 H5% [M] 1040,00 H95% [M] 831,25 Cote du thalweg [M] 758,06 6. Etude climatologique : Dans cette partie, nous allons traiter les facteurs climatiques qui influent sur l’écoulement superficiel. Les précipitations et les autres facteurs climatiques jouent un rôle déterminant dans la variation du régime hydrologique. 6.1. Vent dominant : Tableau V.8. Moyenne de la vitesse du vent par mois durant les années 1989 à 2003[9]. Direction Nord H.E Est S.E Sud S.O Ouest N.O Fréquence (%)
28
6
1
3
34
74
35
39
12,7
2,7
0,4
1,3
15,4
33,4
15,9
17,7
36
CHAPITRE V
Localisation de cite et caractéristiques morphologiques
Les vents prédominants sont Sud- Ouest / Nord- Ouest : Classe des vents vents calmes. vent observes vent faibles à modérés assez fort à fort violents (sirocco)
Pourcentage 34,75% 65,28% 87,73% 12,04% 0,022%
6.2. Températures : Les températures sont typiques aux régions des hauts plateaux. Elles sont froides en Hivers (6°-7°C) et chaudes en Eté (23°-30°C) [11]. Tableau V.9. Température moyenne entre 1989 à 2003. Mois J F M A M J. JI. A.
S
O
N
D
Temp °C
22,7
17,4
12,8
8,5
7,3
9
10,8
13,5
16,6
22,4
26
26,4
Moy (An) 13,95
30 25 20 15 Temp °C 10 5 0 (An) J
F
M
A
M
J.
JI.
A.
S
O
N
D
Moy
Figure. V.2 Température moyenne entre 1989 à 2003 6.3. Pluviométrie : Tableau V.10. Répartition de la pluviométrie mensuelle (mm) [9]. Station S O N D J F M A M P (mm) 18 47 33 46 45 41 64 47 37
37
J. 17
JI. 6
A. 10
Année 411
CHAPITRE V
Localisation de cite et caractéristiques morphologiques
70 60 50 40 P (mm)
30 20 10 0 S
O
N
D
J
F
M
A
M
J.
JI.
A.
Figure. V.3. Pluviosité moyenne mensuelle des stations Saida a Youb (Période 1980 – 2000).
Dans les années (1998-2009), le nombre moyen annuel de jours de précipitations "N" dans la station de Rebahia, présente une grande fluctuation, 45 jours de pluies enregistrés pour l’année 2000 et 106 jours pour l’année 2008. On remarqué que les précipitations dans Mars est élevé par apport les autres mois d’année. On remarque que la zone d'étude a un climat semi-aride ayant une précipitation moyenne annuelle de 411 mm et une température moyenne de 13,95 °C.
38
Chapitre VI Calcul de la digue
Chapitre VI
Calcul de la digue
1. Estimation des différents volumes. 1.1. Calcul du volume mort : Il correspond au volume des particules solides qui se décantent au font de retenue. En considérants que 30 % des matériaux solides transitent par les ouvrages d’évacuation et que pour une durée d’exploitation de 10 ans le volume est [9] :
Vm = (100- 30) % × As Vs =
×
×
(VI.1)
(VI.2)
Avec :
Vm : Volume mort (m3) ; As : Taux d’envasement ; T : Temps d’exploitation (an) = 10 ans; ρs : Masse volumique de la vase (ρs =1,7 t/m³) ; (100 - 30) %: coefficient de réduction ;
Sbv: Surface du bassin versant (Sbv= 20.45 km²) ; Es : Taux d’abrasion. Il est de 151.00 tonnes/km²/an [10] ; Vs: Volume solide (m3). En Algérie la durée de vie du réservoir T est fixée à 10 ans [11]. Elle est normalement de 50 à 100 ans pour les aménagements importants. Puisque le taux de sédimentation dans les aménagements en Algérie est généralement important, les prévisions d’une durée de sédimentation de 100 ans rendraient les ouvrages très chers. Par conséquent pour la retenue, On prévoit la capacité d’emmagasinement mort pour une durée de 10 ans [11].
39
Chapitre VI
Calcul de la digue
On considérant les données sus citées :
Vs = (151.00 *10* 20.45)/1,7 = 18164.41 m³ Donc :
Vm = 18164.41* 0,7 = 12715.08 m³ 1.2. Volume total D’après la courbe capacité volume on a estimé le volume total pour une hauteur de 12.00 m, pour une période d’exploitation de 10 ans [9].
Vt = 88461.00 m³ He =12.0 m 1.3. Volume utile: Le volume utile de la retenue est :
V utile = V total – V mort
(VI.3)
V utile = 88461.00 – 12715.08 = 75745.92 = 75746.00 m³ 2. Dimensionnement hydrotechnique de la digue : 2.1. Type de profil en travers de la digue : A l’avant projet sommaire on a approuvé le type de la digue en terre homogène (la région dispose d’un terrain argile associe à des roches imperméables) avec évacuateur de crue en béton. Les argiles qui sont des minéraux en feuillets et imperméables permettent de stocker l’eau qui est indispensables à tout développement durable et c’est le cas de notre région. En plus, leur disponibilité joue dans l’aspect économique du projet en question. Le profil en travers de la digue est de forme trapézoïde, remblayé en argile bien compactée. La longueur en crête est de 5,00 m, au pied aval de la digue un prisme de drainage est envisagé pour évacuer les eaux infiltrées par le corps de la digue. Il s’agit là de rares infiltrations qui peuvent se produire ; c’est une prévention. 40
Chapitre VI
Calcul de la digue
2.2. Profil général de la digue : 2.2.1. Revanche : Pour le cas d'une digue de moins de 10 m de haut, 1'USBR (United States Bureau of Réclamation) recommande de prendre une revanche comprise entre 0,90 m et 1,25 m [9]. -
Hauteur des vagues :
Il existe plusieurs formules empiriques qui permettent d évaluer la hauteur des vagues en fonction de la longueur au plan d'eau et la vitesse du vent. -Formule de MALLET :
Hv =
+
(VI.4)
Hv : Hauteur des vagues en (m). Lpe : Longueur du plan d’eau en (km). Hv =
+
√0.608
Hv = 0.76 m Pour des vagues comprises entre 0.5 et 2 m, la vitesse de propagation des vagues en m/s est note
Vv.
Elle est donnée par :
- La Vitesse des vagues : Formule de STEVENSON:
+
Vv =
+
Vv =
Hv
(VI.5)
0.76
Vv = 2.007 m/s -
Formule de GAILLARD:
Vv=1.5 + 2Hv 41
(VI.6)
Chapitre VI
Calcul de la digue
Vv =1.5 + 2(0.76) Vv = 3.02 m/s On prend une vitesse moyenne:
Vv = 2.51 m/s -
Calcul de la revanche:
L'effet de projection des vagues vers le haut du parement peut être évalué en calculant
Vv2/2
. Donc la revanche peut être estimée comme suit :
On prendra alors comme revanche (r) :
r = Hv +
(VI.7)
Vv : Vitesse de propagation de la vague (m/s) : Accélération de la gravité (9.81 m / s²).
r = 0.76 +
(2.51 ) ( .
)
r =1.08 m -
La hauteur de la retenue:
La hauteur d'eau sera calculée comme suit:
Ht= NNR – CFL NNR : Niveau normal de la retenue. CFL : Cote du fond de lit. NNR = 406.35m, CFL = 389m Ht = 406.35 – 389 Donc: 42
(VI.8)
Chapitre VI
Calcul de la digue
Ht = 17.35 m 1.2.3. Hauteur normale de la digue :
Hnd = Ht – r
(VI.9)
Hnd : hauteur normal(m). Ht : hauteur totale de la retenu(m). r : revanche(m). Hnd = 17.35 – 1.08 Hnd = 16.27 m. -Evaluation de tassement:
- Si la hauteur du barrage supérieur à 40m
TS = 0.001Ht3/2
(VI.10)
-Si la hauteur du barrage inférieur à 40m
TS = 0,015Ht
(VI.11)
Puisque Ht < 40m Donc:
TS = 0.015Ht TS =0.015*17.35 TS =0.26 m Cette valeur convient d'adopter une surélévation de la hauteur de la digue qui tient compte de la valeur de tassement.
43
Chapitre VI
Calcul de la digue
Finalement la hauteur totale de la digue sera égal a:
Htd=Ht+TS
(VI.12)
Htd=17.35+0.26 Htd = 17.61m. Longueur de la crête de la digue : La longueur en crête du la digue est mesurée suivant l'axe de l’ouvrage sur la carte topographique. b = 197.36 m 4. Largeur en crête : La largeur en crête doit être suffisante pour qu'il n'y ait pas de circulation d'eau importante dans la digue lorsque la retenue est pleine. On l'évalue. à partir des formules suivantes :
-
E.F.PREECE
Lc = 1+ 1.1 Ht
(VI.13)
Lc = 5.58 m
-
T.T.KNAPPEN
Lc = 1,65√ Lc = 4.16 m Lc et Htd sont exprimés en mètres. Comme on peut l’estime comme suit : Si Ht > 9m => Lc =1/ 3Ht Si Ht < 9m => Lc = 3m
44
t
(VI.14)
Chapitre VI
Calcul de la digue
En étant :
Lc la largeur de la crête et Ht la hauteur de la retenue. Pour les digues dont les hauteurs sont inférieures à 10 m, la largeur de la crête ne doit pas être inférieure à 3 m. Pour les digues de hauteur supérieure à 10 m, la largeur de la crête sera égale au 1/3 de la hauteur de la digue, mais en général il est recommandable que la largeur soit de 4 à 6 m.
Lc = 5,00 m 5. Talus de la digue 5.1. Talus en Aval : On doit concevoir le revêtement pour éviter la possibilité d’une érosion à cause des pluies torrentielles (averses) ainsi que dans le cas de l’existence d’un niveau permanent d’eau (écoulement permanent d’une rivière ou ruisseau comme c’est le cas dans notre zone d’étude). Pour sa protection, l’utilisation d’une terre végétale avec des épaisseurs entre 0.20 et 0,3 m est très souhaitable pour diminuer l’effet de l érosion et créer un environnement « vert » et où les températures seront atténuées [11]. 5.2. Talus an Amont L’emplacement du revêtement s’étend depuis la crête de la digue jusqu'à une profondeur au dessous du niveau minimale d’exploitation, égale à la hauteur maximale de la vague mais pas moins de 2,00 m. Pour cela, on utilise souvent un enrochement sur la couche de filtre dont l’épaisseur et le diamètre D50 minimal des pierres peut être calculée en fonction de la vague [11].
Tableau.VI.1 Talus en Amont Hauteur de la vague (m)
Épaisseur de la couche (m)
D50 minimal (m)
0,45
0,30
0,60 ÷ 1,20 Hv = 1,30 - Talus amont :
m = 1 : 3,00.
m1 = 3
- Talus aval :
m = 1 : 2,5.
m2 = 2
45
Chapitre VI
Calcul de la digue
6. Dent contre l’infiltration Pour assurer l’ancrage de la digue dans la couche imperméable, une dent contre infiltration est prévus le fond de la para fouille imperméable, la largeur du fond est 3.00 m, l’inclinaison des talus est de 1 : 1.50 Largeur de la base de la digue : Elle est calculée par la formule suivante:
Bb= Lc + Ht (m1 + m2)
(VI.15)
Bb : Largeur de la base de la digue en m. Lc : Largeur de la crête en m. Ht: Hauteur totale du barrage en m. m1: fruit amont. m2 : fruit aval.
Bb= 5 + 17.35 (3 + 2) Donc:
Bb=91.75m
Tableau .VI.2. Caractéristiques principales de la digue. N Données principales
Unité
Quantité
01
Hauteur de la digue
[m]
14.80
02
Longueur en crête de la digue
[m]
197.36
03
Cote du plus haut niveau d’eau
[m]
402.20
04
Cote du niveau d’eau normal N.N.E
[m]
401.00
05
Hauteur maximale des eaux
[m]
12.00
06
Talus amont de la digue
[/]
3,0
07
Talus aval de la digue
[/]
2,50
08
Volume total de la retenue
[m³]
88 461.00
09
Volume utile de la retenue
[m³]
75 746.00
10
Volume mort de la retenue
[m³]
12 715.08
11
Volume du remblai de la digue
[m³]
33 000
46
Chapitre VI
Calcul de la digue
7.Etude de la stabilité des Talus de la digue : 7.1. Calcul de la stabilité de la digue : L’étude de la stabilité de l’ouvrage se résume en la stabilité du talus amont et aval sur sa fondation. La stabilité d’un talus est définie par la valeur du coefficient de sécurité. Cette valeur exprime l’ordre de grandeur dans laquelle on peut réduire la résistance au cisaillement du sol pour que le glissement se produise le long de la surface la plus défavorable. Le résultat obtenue du coefficient de sécurité dépend de : Paramètres : mécaniques du sol (l’angle de frottement interne φ, cohésion Cu). L’approximation avec laquelle on définit les valeurs des pressions interstitielles (pression des pores) et leur mode d’utilisation dans la méthode d’analyse de la stabilité choisie. Le calcul de stabilité du talus est effectué dans le but de déterminer le coefficient de sécurité minimale qui garantie le bon fonctionnement de l’ouvrage et qui reste le plus économique. La formule générale pour son calcul est donnée comme suit :
Fs =
Fs =
∑
∑
≥ F min sans séisme
∑ ∑
∑ ∑
ℎ
∑
Ou : Fs : coefficient de sécurité (km2) ; Nc : composant normal ; Lé : longueur de l’élément (tranchées de déblai) (m) ; Tc : composant tangentiel ; Ph : pression hydrostatique interne ; Φ : angle de frottement interne du matériau ; Cm : cohésion du matériau ; a : accélération sismique ; 47
(VI.16)
≥F min avec séisme (VI.17)
Chapitre VI
Calcul de la digue
s : le tranchée ; d : densité du sol ; R : rayon du cercle de rupture. Parmi les méthodes possibles, nous avons choisi la méthode de BISHOP
et
FELLENUIS. Un logiciel qui calcul la stabilité des deux talus le long d’un cercle de glissement, développé par des spécialistes en utilisant la méthode de BISHOP et FELLENUIS [10]. 7.2. Détermination de la zone critique. La détermination de la surface de glissement circulaire plus critique dans l’analyse de stabilité en sachant qu’elle est l’origine du facteur de sécurité minimal est un processus de mesure dans lequel elle se dise en fixant un rayon et un centre arbitraire On calcule le facteur de sécurité en répétant le processus autant de fois possible jusqu'à trouver la position du centre qui s’avère plus défavorable. On prend comme centres les points A et B avec un rayon moyen (Rm) on trace les arcs qui se rencontrent au niveau du point S. A partir du point S, on trace une ligne normale SM au talus AB; et du point M on élève une verticale en prenant pour centre M et avec un rayon de 1/2 SM, on trace un arc qui passe par N. Le centre critique se trouve dans l'alentour de la ligne droite NS; pour déterminer ce dernier, on cherche le Facteur minimal en suivant la ligne droite NS et son alentour et puis, pour le point Facteur minimal, on cherche aussi tout le long d’une ligne droite perpendiculaire a NS. Une fois déterminé, le point du moindre facteur de sécurité avec le rayon moyen (Rm), on peut chercher, pour le même point, avec le rayon maximal (Rmax) et le rayon minimal (Rmin). Pour cela on utilise le tableau suivant: Tableau.VI.3 Détermination Graphique Du Centre Et Du Rayon Critique. R/H Talus
1
:1
1:2
Rm
1,65
1,95
Rmax
2,20
Rmin
1,10
1
:3
1:4
1:5
1:6
2,60
3,60
4,55
5,50
2,50
3,30
4,70
5,80
6,60
1,40
1,90
2,50
3,30
4,30
48
Chapitre VI
Calcul de la digue
Pour les calculs, nous avons utilisé un logiciel qui travaille selon la méthode de BICHOP simplifiée. Les résultats obtenus sont, lorsque le niveau d’eau est à la cote normale : Pour le talus amont : F = 1.48
Pour le talus aval : F = 1.13
Cas séisme Pour le talus amont : F = 1.48
Pour le talus aval : F = 1.17
8. Tapis drainant: Le drain tapis filtrant est efficace dans la mesure où la perméabilité de massif est isotrope, très souvent du faite que la technique d'exécution de la digue en terre .qui consiste à compacter la terre couche par couche horizontale avec des matériaux argileux places à la base inférieure de la digue de ce faites la perméabilité horizontale et très grand par apport à la perméabilité verticale. Le tapis drainant assurer le drainage de la fondation qui éliminer les sous pressions existantes. Les dimensions du tapis drainant sont les suivantes: - La longueur du tapis: Elle est estimée par la formule suivante:
LTAP=
Lb
(VI.18)
Bb : largeur de la base de la digue en m, Bb = 91.75 m Donc
LTAP=
91.75
LTAP = 30.58 m
49
Chapitre VI
Calcul de la digue
- L'épaisseur du tapis drainant: [10] L'épaisseur du tapis drainant varie en générale entrer (1,2 à l,5 )m . On prend une épaisseur du tapis de : ep = 1,3m 9. Tracé la ligne de saturation dans le mur de la digue : La ligne de saturation est caractérisé' par le réseau d'écoulement, c'est une ligne qui séparé ou délimite la partie sèche et la partie humide (saturée). La pression hydrostatique à ce niveau est nulle. Cet écoulement a été étudie par KOZENY [11] qui a montrée que dans un barrage en terre homogène la ligne de saturation (phréatique) peut être assimilée à une parabole. La parabole de KOZENY est définie par l'équation suivante:
(x + y0)2 = x2 + y2
(VI.19)
X=
(VI.20)
x ,y : les coordonnées de la courbe de saturation. y0: coordonnées de la ligne de saturation à l'aval, elle est donnée par la relation suivante: On calcul y0:
= √ℎ +
=
− 0.7 ∗
+2
= = 12 m
L'équation de la parabole d'écrit comme suit: y
122 212x 50
−
(VI.21)
(VI.22) (VI.23)
Chapitre VI
Calcul de la digue
Pour des valeurs données de y0, la ligne délimitant le plan d'eau dans la digue en des points des coordonnées (x ,y). On représente les coordonnées de la parabole (Figure VI.1). Tableau VI.4. Trace de la ligne de saturation X
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Y
12
16.35
19.60
22.45
24.98
27.28
29.39
31.37
33.23
34.98
50 45 40 35 30 25
x
20
y
15 10 5 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
Figure VI.1 Le trace la ligne de Saturation
51
10
Chapitre VI
Calcul de la digue
10. Conclusion Dans cette étude nous avons déterminé les principales caractéristiques de la digue projetée, ayant une hauteur totale de 17.61 m. Une largeur en crête de 5 m. La digue est construite en terre homogène avec des pentes de talus allant de 1/3 à l'amont, et 1/2,5 à l'aval, le talus aval est protégé par la mise en place d'une couche végétale de 10 cm d’épaisseur et le talus amont est protégé par enrochement avec une épaisseur de 0.90m. Un système de drainage et de filtration a été utilise pour protéger la digue contre les eaux infiltrés.
52
Conclusion générale
Conclusion général Au terme de ce travail, la zone d’étude montre des potentialités agricoles et environnementales d’une importance capitale. C’est une zone qui a subit, comme toutes les autres régions de la wilaya de Saïda, des difficultés de développement liées aux problèmes d’enclavement et de sensibilisation. La zone d’étude est caractérisée par un couvert végétal non négligeable qui lui permet d’espérer mieux dans le domaine agricole et environnemental. Les ressources hydriques de surface sont très limitées dans cette région. De ce fait, elle doit être protégée puisqu’elle forme une barrière naturelle contre l’avancée du désert. Pour cette raison la construction de retenues collinaires et de petits barrages est vivement recommandée Les zones de Doui Thabet et Youb montrent les mêmes caractéristiques de point de vue climatique et environnemental et pour cette raison les mêmes solutions doivent être apportées pour intéresser plus les populations locales au travail de la terre. C’est la seule façon pour vaincre les problèmes sociaux et environnementaux tel que le chômage et la déperdition des terres agricoles. Il faut réveiller la conscience environnementale dans chacun des habitants et lui montrer son intérêt et celui de ses enfants. Leurs vies en dépendent. Ainsi on peut créer un équilibre dans cet univers et respecter la nature. Actuellement, une nouvelle donne commence à voir le jour. On assiste à une politique de l’état concernant le développement du monde rural et plus particulièrement les zones
de
montagne qui a pour objectif la stabilisation des populations sur place, voir le retour des populations par la création des mécanismes pour dynamiser l’emploi et vaincre le chômage. Le projet proposé contribue a la réalisation de ces objectifs. Il s’agit d’un ouvrage qui devrait très rentable dent la réalisation repose sur des techniques et moyens technicoéconomique.
Il
permet
ainsi
la
disponibilité
d’une
denrée
rare
qui
est
l’eau.
Bibliographie
Bibliographie [1]. CHETTIR F.Z. ( 2015 ) Etude bibliographique sur la stabilité des pentes et leurs méthodes de renforcement, Mémoire de master, Université Mohamed Khider – Biskra. Algérie. [2] Anonyme (1). Conception des ouvrages a la mer : http://www.kennisbank-waterbouw.nl/DesignCodes/rockmanual/Chapitre6.pdf.
[3] Anonyme (2). https://www.google.co.uk/search?q=Coupestypes+de+dif%C3%A9rents+types+de+digue&biw= 1254&bih=604&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiT19zfl4zPAhUFORoKHTam C6UQ_AUIBigB#imgrc=NNV9WSiUkYbxnM%3A [4] RPERT F.BOUTTES F (1997) Conception et dimensionnement des digues à talus. Centre d’études techniques maritimes et fluviales, 1997, 84 pages. [5] RODRIGUEZ B. A. (2004). Procédures méthodologiques pour l'exécution des études des retenues collinaires et petits barrages. Manuel de conception et projets typiques des digues en terre, La Rosa, Santos , 2004 , 28 pages. [6]. Anonyme (3) https://www.google.dz/search?q=digue+verticales+permeables+ou+mur+d%27eau+fixe&biw=1 366&bih=640&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjMy9qv0Y3PAhUESRoKHXk_ ARIQ_AUIBigB#imgrc=Dsi7SgzkuWEBBM%3A [7]. PHILIPPE SERGENT : Stratégies d’adaptation des ouvrages de protection marine ou des modes d’occupation du littoral vis-a-vis de la montée du niveau des mers et des océans PROJET SAO POLO, guide méthodologique, aout 2012, 60 pages. [8]. Anonyme (4) Rapport du ministère de l’agriculture, direction général du génie rural et de l’hydraulique agricole, service de l’hydraulique. Retenues collinaires. Paris, 117 pages. [9]. Anonyme (5) (2011) Document interne : Direction d’hydraulique de la wilaya de Saida [10] KEFIFA A. (2014). Contribution à l’étude et à la cartographie de l’impact des pressions anthropozoogènes et climatiques sur lesressources naturelles des monts de Saïda (Algérie). Thèse de doctorat en Sciences d’Agronomie et des Forêts. Université Abou Bakr BELKAID de Tlemcen, 2014,246 p.
[11] BECHAREF C. (2013). Etude de faisabilite d’une retenue collinaire sur l’oued ex-das hachmane commune de youb wilaya de saida, Mémoire du diplôme d’Ingénieur d’État en Hydraulique, Université Dr. Tahar MOULAY – Saïda– ,2013