Aménagements de cours d’eau - · PDF file• Mur de soutènement aval...

ÉC OLE POLY TEC H NIQU EFÉDÉRALE D E LAUSAN NE

Laboratoire de constructions hydrauliques

Aménagements de cours d’eauMesures de

protection des rives

Eléments linéaires Eléments décomposés

Pans de rochers artificiels

Empierrements

Murs de protection

• Mur de soutènement aval

• Mur-poids• Mur plié• Mur en blocs• Paroi moulée

• Epis en blocs• Epis en béton

Blocs résiduels artificiels

Enrochements

Aménagements de cours d’eau

Enrochements pour des rivières de montagneEnrochements pour des rivières de montagne

Théorie du charriage - début du mouvementThéorie du charriage - début du mouvement

Sous-couche du lit(charriage permanent)

Hauteur d'eau hcr pour laquelle le début du mouvement se produit:

Jd 1)-(s cr crh mUSθ=

J : pente de frottement.θcr : contrainte de cisaillement critique adimensionnelle

θcr > 0.047 charriage bien développé.θcr = 0.03 - 0.047 pas de charriage régulier.θcr< 0.03 aucun mouvement.

dmUS : diamètre moyen des grains de la sous-couche.s : densité spécifique s = ρs/ ρ.

Pavage du litHauteur d'eau hcr pour laquelle le pavage du lit est détruit.

a) avec dmDS = d90 US

Jd )1s( h US90cr

cr−θ=

b) selon Günter

(granulométrie du pavage connue)

(0.4% < J < 2%)

Jd)1s(crcrh

mDSmDS

⎟⎟⎟

⎜⎜⎜

⎛−θ=

Le début du charriageLe début du charriage

Diagramme de ShieldsContrainte de cisaillement

adimensionnelle

( ) d 1s g −ρτ

( ) d 1sJ h

−=θ

(par définition)

h : hauteur d’eau

J : pente de frottement

d : diamètre des grains

s : 7.26.2s ÷=ρρ

50*gdd ⎟

⎞⎜⎝

⎛υρ

ρ−ρ=Diamètre adimensionel

crθ=θθ

Stabilisation des berges - Dimensionnement des enrochementsStabilisation des berges - Dimensionnement des enrochements

Contraintes de cisaillement maximalessur les berges

J hg 0.77 maxRmax ρ=τ

Contraintes de cisaillementadimensionnelles

d 1)-(s

J h0.77 d 1)-(s g

Rmax =ρ

hmax : hauteur d'eau maximalesur les berges

J : pente de frottements : s = ρs/ρ = 2.65dB : diamètre des blocs

Blocs de pierres enterrées selon la profondeur d’affouillement attendue

Blocs comme refuge à poissons

Filtre ougéotextile

Dimensionnement des enrochements selon Stevens et alDimensionnement des enrochements selon Stevens et al

Procédure de dimensionnement

J h 17.16 B

maxcr −

=θθ=η

tan tan S ; cos

S mmαϕ=αη=ξ

4 2S S 2m

⎟⎟⎟⎟⎟

⎜⎜⎜⎜⎜

ξ−+ξ=

Hmax : hauteur d'eau maximale sur les bergesJ : pente de frottements : densité spécifique s = ρs/ ρ. θ : contrainte de cisaillement adimensionnelleθcr : contrainte de cisaillement adimensionnelle critique

θcr = 0.047 en général (formule 1)θcr = 0.1 pour des rivières de montagnes avec

des gros blocs dans le lit(formule 1 : 16.17 −−> 7.7 )

η ,ξ : facteurs de dimensionnement selon Stevens et alα : angle du talus avec l'horizontale (tan α = 1:m)ϕ : angle d'un talus d'enrochements stable sans

écoulement:blocs < 1t −−> ϕ = 40 − 45°.blocs > 1t −−> ϕ = 45 − 60°.

S : coefficient de sécurité (Smin = 1.0 / 1.3 selon conditions)Sm : coefficient de sécurité sans écoulement

Enrochement avec une seule coucheEnrochement avec une seule couche

Géotextil

HQ10 - HQ20Poids dubloc réduit

Tapis des blocs/Protection contre l'affouillement

Enrochements - Aspects constructifsEnrochements - Aspects constructifs

Remblai

Pied du talus de l'enrochement Lit

surfacetrop lisse

blocs posésdéfavorab-lement

blocs posésfavorablement

Enrochement en deux couchesEnrochement en deux couches

poids réduit

du bloc

géotextil

blocs du pied couplésavec des câbles en acier tapis des blocs / protection

contre l'affouillement

HQ10 - HQ50

Enrochement avec risbermeEnrochement avec risberme

HQ10 - HQ50

poids réduitdu bloc

géotextil

risbermechemin de rive

groupe de blocs

tapis des blocs / protection contre l'affouillement

Enrochement en deux couchesEnrochement en deux couches

Enrochements – Protection contre l'affouillementEnrochements – Protection contre l'affouillement

SS hmhm SS hmhm SS hm

hm SS hmhm

Affouillements en courbe:

Estimation des affouillements à l'extérieur des tronçons-courbes

⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟

⎝ ⎠

avec S : profondeur de l'érosion mesurée à partir de la surface de l'eauhm : profondeur d'eau moyenneRi : rayon localRm : rayon moyensin β : pente transversale locale du lit

L'exposant k selon l'approche de Kikkawa (1976) vaut:avec θ : facteur de Shields (contrainte de cisaillement

adimensionnelle)

(vitesse de cisaillement)

k = (2.575 ⋅ c − 4.078) θ

θ ⋅=

− ⋅( 1)m

h Js d

= = ⋅ ⋅* */ ,m mc V V V g h J

Estimation des affouillements causés par l'écoulement méandrant

Profil rectangulaire:

Profil trapézoïdal:

avec S : profondeur de l'érosion mesurée à partir de la surface de l'eauhm : profondeur d'eau moyenneB : largeur du litdm : diamètre moyen de la granulométrie du litn : pente de talus de la rive (1 : n)

= + 0.156 ( / )mm

BS hb d

− −= +

⎡ ⎤− −⎢ ⎥⎣ ⎦

0.152 ( )

2 ( )6

B n S hS hB n S h

Empierrements

Murs de protection

Enrochements

Enrochement avec talus à pente variable et pied onduléEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé

talus à pente régulière

talus à pente ondulée

2 configurations modélisées

λ = L = 1000 mm

0.30 L

0.23 L

0.19 LL = 1000 mm

Configuration avec talus à pente ondulée

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbeEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe

Erosion dans l'anse

Erosion à la pointe de l'ondulation

Érosion locale

Érosion globale

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbeEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe

Aménagements de cours d’eauEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé

Grande variabilité de l’écoulement le long du pied du talusEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé

Grande variabilité de l’écoulement le long du pied du talus

50°60°

Zone d’eau calme (extérieure)

Ressaut noyé

Zone d’eau calme (intérieur)

Zone de charriage

Pied de l’enrochement

Aménagements de cours d’eauEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé

Erosion et écoulement localEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé

Erosion et écoulement local

50°60°

Zone d’eau calme (extérieure)

Zone d’eau calme (intérieur)

Zone de charriageRessaut noyé

Enrochement avec talus à pente variable et pied onduléEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé présente les avantages suivants :

• Impression que la protection de rives géométrique et monotone est remplacée par une rive à l’aspect naturel

• La rugosité de la rive est augmentée par le talus à pente variable etle pied ondulé ce qui réduit le danger de l’affouillement au pied del’enrochement

• Les petites baies entre les ondulations produisent unemorphologie variée du lit proche de la rive (bancs de sable etfosses d’érosion locales) et servent de refuges aux poissonslors des crues.

Enrochement avec talus Enrochement avec talus àà pente variable et pied ondulpente variable et pied onduléé prpréésente les sente les avantages suivants : avantages suivants :

•• Impression que la protection de rives gImpression que la protection de rives gééomoméétrique et monotone trique et monotone est remplacest remplacéée par une rive e par une rive àà ll’’aspect naturelaspect naturel

•• La rugositLa rugositéé de la rive est augmentde la rive est augmentéée par le talus e par le talus àà pente variable etpente variable etle pied ondulle pied onduléé ce qui rce qui rééduit le danger de lduit le danger de l’’affouillement au pied deaffouillement au pied dell’’enrochementenrochement

•• Les petites baies entre les ondulations produisent uneLes petites baies entre les ondulations produisent unemorphologie varimorphologie variéée du lit proche de la rive (bancs de sable ete du lit proche de la rive (bancs de sable etfosses dfosses d’é’érosion locales) et servent de refuges aux poissonsrosion locales) et servent de refuges aux poissonslors des crueslors des crues..

Enrochements pour les rivières en plaineEnrochements pour les rivières en plaine

Dimensionnement avec démarche de Stevens et al. avec θcr = 0.05et ϕ < 45o (angle de repose du talus)

Epaisseur minimale des enrochements en remblai

L'épaisseur minimale de l'enrochement en remblai dépend de la granulométrie choisie:

• - granulométrie avec les grains de diamètre presque uniformedmin = 0.9 dm, dmax = 1.1 dm : épaisseur minimale s = 1 à 3 dm

- granulométrie étendue avecdmin = 0.6 dm, dmax = 1.6 dm : épaisseur minimale s = 1.5 dm(resp. s > dmax)

Le pied de l'enrochement doit être fondé à une profondeur suffisante pour résister aux affouillements attendus.

Enrochements pour les rivières en plaineEnrochements pour les rivières en plaine

Empierrements

Murs de protection

Enrochements

Empierrement avec mortier ou béton

Wassen-Göschenen, Reuss

Empierrements

Murs de protection

Enrochements

Murs de protectionMur de soutènement

en "L"

Murs de protectionMur de soutènement

en "L"

Stabilité (renversement)• poids propre• forme du pied

Sécurité contre l'affouillement• profondeur de la fondation• rugosité de surface

Résistance contre l'abrasion

Problématique du dimensionnement

Gurtnellen

Murs de protection –Macro-rugosité verticale

pour augmenter la sécurité contre les

affouillements

Murs de protection –Macro-rugosité verticale

pour augmenter la sécurité contre les

affouillements

Espacement des rainures:10 à 15 x épaisseur des rainures

Choix de l’épaisseur: e ≥ d90

Murs de protection – Macro-rugosité verticale pour augmenter la sécurité

contre les affouillements

Murs de protection – Macro-rugosité verticale pour augmenter la sécurité

contre les affouillements

Murs de protection – Augmentation de la sécurité contre le renversement par des corps de stabilisation

Saas Almagell, VispaElément de rugositéMur de protection

Corps de stabilisation Canalisation

Arrêt au pied de la fondation

Elément de rugositéMur de protection

Murs de protection Mur-poids

Etapes de bétonnage

Revêtementavec blocs Etapes de bétonnage

Revêtementavec blocs

Murs de protectionCombinaison: mur de soutènement

en "L" – mur-poids

Murs de protectionCombinaison: mur de soutènement

en "L" – mur-poids

Proposition d'un nouveau type de mur

de protection: mur plié

Proposition d'un nouveau type de mur

de protection: mur plié

Mur plié avec revêtementen pierres taillées

20 1 5 m

Dalle de piedresp. de couverture

Mur plié avec revêtementen pierres taillées

20 1 5 m

Dalle de piedresp. de couverture

Coupe 1-1Dalle de piedCoupe 2-2

Mur pliérevêtementen pierres

Dalle decouverture

0 1 5 m

Dalle decouverture

0 1 5 m

Dalle decouverture

0 1 5 m

Dalle decouverture

0 1 5 m

Comparaison d'un mur de soutènement en "L" avec un mur pliéComparaison d'un mur de soutènement en "L" avec un mur plié

Dalle decouverture

0 1 5 m

Dalle decouverture

0 1 5 m

Dalle decouverture

0 1 5 m

Dalle decouverture

0 1 5 m

max. Kolktiefe

A5 m0 1Affouillement maximalmax. Kolktiefe

A5 m0 1Affouillement maximal

Mur de soutènement en "L"Epaisseur: 0.6 à 1.40 mSécurité au renversement: 1.50Volume du béton par m' de longueur:12.72 m3/m (100%)

Mur pliéEpaisseur: 0.6 mSécurité au renversement: 1.50Volume du béton par m' de longueur:80% (90% sans dalle de couverture)

Murs de protection – mur en blocs

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