Technologie Des Grands Ouvrages - Etude Barrage

7/23/2019 Technologie Des Grands Ouvrages - Etude Barrage

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TECHNOLOGIE DESGRANDS OUVRAGES

Etude de la ralisation dun barrage sur la rivire Ozon

Etudiants :

Nicolas KACZKOWSKI

Matthieu NARES

Pierre-Albin NOEL

PIERROT Guillaume

Equipe pdagogique :

Vincent STEINER

Formation Gnie Civil

5me anne

Rendu : 02/12/2011


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TECHNOLOGIE DES GRANDS OUVRAGES 2 dcembre 2011

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Sommaire

Introduction ....................................................................................................................................................................... 3

I. Prsentation du projet ....................................................................................................................................... 4

II. Dfinition de louvrage ...................................................................................................................................... 6

A. Choix du type de barrage ................................................................................................................................ 6

i. Critre de topographie environnante : ..................................................................................................... 7

ii. Critre climatique : ........................................................................................................................................ 7

iii. Critre de crues matriser : ........................................................................................................................ 7

iv. Cot de louvrage : ....................................................................................................................................... 7

v. Impact environnemental : ........................................................................................................................... 7

vi. Comparaison des critres et choix du barrage : ..................................................................................... 8

B. Prdimensionnement gomtrique ................................................................................................................ 9

i. Hauteur du barrage ...................................................................................................................................... 9

ii. Largeur de crte, pente et largeur de pied de talus ............................................................................ 12

iii. Lvacuateur de crue ................................................................................................................................. 13

iv. Canalisation de vidange ............................................................................................................................ 13

III.

Reseaux de lignes de courant et dquipotentielles de la digue ........................................................... 17

A. Mthode de Kozeny ........................................................................................................................................ 17

i. Description de la dmarche...................................................................................................................... 17

ii. Ligne de saturation sans systme de drainage ..................................................................................... 18

iii. Ligne de saturation avec noyau impermable ..................................................................................... 21

iv. Ligne de saturation avec drain horizontal .............................................................................................. 22

B. Dbit de fuite .................................................................................................................................................... 22

IV. Pressions dans le corps du barrage et stabilit ........................................................................................... 23

A. Pressions interstitielles ....................................................................................................................................... 23

B. Stabilit interne du barrage............................................................................................................................ 24

V. Stabilit des talus .............................................................................................................................................. 26

A. Stabilit du talus aval en rgime permanent .............................................................................................. 27

B. Stabilit du talus amont en rgime rapide .................................................................................................. 28

VI. Configuration finale ......................................................................................................................................... 29

VII. Classement de louvrage - Entretien ............................................................................................................ 31

A. Dtermination des caractristiques de louvrage : ................................................................................... 31

VIII. Synthse ............................................................................................................................................................. 33

IX. Bibliographie ...................................................................................................................................................... 34 X. Annexes .............................................................................................................................................................. 35


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Introduction

La gestion de la ressource en eau a toujours t une priorit pour lhomme . En effet,cette denre qui se fait de plus en plus rare, est la base de la vie, mais aussi sujette des

conflits entre certains peuples pour son accessibilit . Cest pourquoi, il est important demettre en uvre des moyens matriels et techniques pour faciliter son intendance.

Notre dmarche sera base sur la problmatique de la gestion de leau, dans le cadre

dune tude sur la ralisation dun barrage au niveau de la rivire Ozon, prs des

communes de Eclassan et Saint-Jeure- dAy en Ardche .

Pour ce faire, nous disposons dune localisation gographique de louvrage ainsi quun

rcapitulatif des diffrentes donnes hydrologiques de lenvironnement. Ces diffrents

paramtres nous permettrons au terme de ce mmoire, de prsenter un ouvrage conupar nos soins. On note que ce prsent projet a dj fait lobjet dune tude pour la

ralisation dun barrage de type remblai.

Dans ce sens, nous diviserons notre mmoire en quatre grands axes. Dans un premier

temps, nous choisirons notre type de barrage, puis nous ferons un prdimensionnement

de louvrage. Dans un second temps, on reprsentera la nature du rseau

dquipotentielles et de lignes de courant, qui permettra de mettre en uvre les

ventuelles spcificits de notre barrage. Ensuite, nous passerons la vrification desdiffrents critres de stabilit de manire valider la solution choisie. Enfin, nous

dtaillerons la configuration finale de louvrage et nous dterminerons sa classification.


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I. Prsentation du projet

La retenue concevoir aura une capacit utile, disponible en dbut de saison, de800 00 mtres cubes deau, projete des fins dirrigation.

Donnes gographique :

Lobjet de cette tude se situe sur la rivire OZON, affluent du RHONE, prs des

communes de ECLASSAN et SAINT-JEURE- DAY en Ardche.

Donnes hydrologiques :

Superficie du bassin versant : 11,4 km Apport moyen annuel : 5,2 millions de m 3 Apports annuels la frquence dcennale sche : 2,6 millions de m 3 Crue de chantier : 4 m 3/s Crue de projet : 146 m 3/s

Notons que la crue de chantier nous permettra de dimensionner la crue vacuer pendant la phase travaux du projet.

Figure I.1 Situation du site - Aperu de louvrage


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Donnes topographiques :

Courbe de remplissage : le volume stock la cte 397,4 m NGF est de 800 000 m 3.

Les surfaces de plan deau sont de :

o 0 ha la cte 380 m NGF




o 17 ha la cote 399 m NGF

o 20 ha la cote 400 m NGF

Le fetch la cte 398 m est de 2,2 kmOn considrera que louvrage aura une longueur de 100 m, tant en crte quen pied.

Donnes climatiques :

Louvrage tant situ en Ardche, il appartient la zone climatique 2. Cest pourquoi, lanorme NV65 rvise en mai 2009 nous informe des diffrentes vitesses de vent selon la

nature du site et selon la probabilit de soufflage du vent. Les donnes sont alors les

suivantes :

Nature du site Vitesse normale (km/h) Vitesse extrme (km/h)

Protg 100,8 133,3

Normal 112,7 149,1

Expos 128,5 169,9

Tableau 1 : Donnes climatiques selon la norme NV65

Donnes gotechniques :

Ces donnes sont primordiales pour le bon dimensionnement du projet. En effet, il est

bien connu que la base de toute construction commence par un systme de fondation

cohrent. Il est dailleurs frquent de constater que la cause dun accident de barrage(aussi rare soit-elle) ne provient pas du barrage en lui-mme, mais de son sol support.

Ici, nous disposons dun volume de matriau permet tant de construire une digue de prs

de 20 mtres de hauteur.


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Les diffrents matriaux ont les caractristiques mcaniques suivantes :

Fondations rocheuses : = 85 et c = 100 kPa

Caractristiques inter-granulaires du remblai compact : = 22 et c = 20 kPa

Caractristiques long terme du remblai compact : = 0 et c = 60 kPa

Poids volumique satur (ou humide) : sat = 2 kN/m 3

Permabilit de Darcy : k = 2.10 -10 m/s

II. Dfinition de louvrage

A. Choix du type de barrage

Il est vident quun ouvrage dune telle ampleur fait lobjet dune tude rigoureuse afin

de voir quelle solution constructive est la mieux adapte. Cette premire analyse

consiste tablir une liste (non exhaustive) des critres prpondrants pour le choix du

type de barrage :

- la topographie environnante (forme de la valle, gologie et gotechniquelocale, matriaux disponibles),

- les conditions climatiques et les crues matriser,

- le cot de louvrage,

- limpact environnemental de sa con struction,

- la scurit quil va engendrer de manire interne et externe au projet.

Aprs avoir tudi les diffrents points cits prcdemment, il convient de choisir entreun barrage en bton ou un barrage en remblai.


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i. Critre de topographie environnante :

Ici, on constate un sol de fondation de qualit moyenne de part les faiblescaractristiques mcaniques des fondations rocheuses, ce qui est plutt favorable au

barrage en terre. De plus, la forme lance de la valle nous restreint ne pas utiliser un

barrage vote.

En revanche, vis-- vis des matriaux mettre en uvre , il apparat que la configuration

initiale du projet nous offre la possibilit de rcuprer des matriaux afin de construire

une digue de prs de 20 mtres.Enfin, le volume de remplissage du barrage tant trs faible, il semblerait incohrent

denvisager une construction de grande envergure du type barrage en contreforts.

En somme, le critre de la topographie environnante privilgie le barrage en remblai.

ii. Critre climatique :

Etant donne le peu dinformation ce sujet , ce critre ne sera pas dterminant pour cette analyse.

iii. Critre de crues matriser :

Les donnes du projet nous informent que les crues de chantier et de projet ne sont pas

trop importantes, et quelles peuvent facilement tre matrises dans les deux

configurations de construction (remblai ou bton).

Avec cette contrainte on ne pourra pas avantager une construction particulire.

iv. Cot de louvrag e :

Entre un barrage en remblai et un barrage en bton, il est vident que les cots vont

tre totalement diffrents pour des ouvrages classiques. Cest pourquoi, dans notre casnous privilgierons le barrage en remblai tant donn que le matriau de construction

est directement disponible.

v. Impact environnemental :

L encore, le barrage en remblai simpose de part la disponibilit des matriaux, la

rapidit dexcution, lutilisation dun matriau naturel et la faible modification de

lenvironnement avoi sinant.


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vi. Comparaison des critres et choix du barrage :

Ci-dessous est prsente la comparaison des critres slectionns pour le choix du typede barrage :

Comparaison des critres

Matriau TopographieenvironnanteClimat &

CruesCot de

louvrage Impact

environnementalTotal

Remblai 1 1 1 1 4

Bton 0 1 0 0 1

Tableau 2 : Comptabilisation des critres

La prcdente analyse nous conforte dans lide que le barrage en remblai reprsente

une bonne solution . Louvrage sera constitu dun matriau suffisamment tanche :argile ou limon. D ailleurs , il est important de signaler que cest cette dernire

configuration qui a t choisie pour la construction du barrage existant.

Aprs avoir choisi le type de barrage mettre en place, il va falloir sinformer sur la

manire dassurer le premier rle de louvrage : la bonne retenue de leau. Pour cela, il

est indispensable de disposer d un systme parfaitement tanche. Par rapport cettenotion dtanchit, on note qu il existe 3 types de barrage remblai :

Le barrage homogne est constitu dun seul matriau suffisamment tanche pour assurer son rle. Ralisable sur ce projet.

Le barrage noyau comporte un cur en matriau impermable (ou peupermable) gnralement argileux. Envisageable sur ce projet.

Le barrage masque est utilis sur un site o aucune terre nest disponible, mais

seulement des enrochements. Ltanchit est alors assure par un masque(gnralement en bton) sur le parement amont. Non envisageable.

II.1 Barrage masqueII.2 Barrage homogne II.3 Barrage noyau


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B. Prdimensionnement gomtrique

Cette partie vise dterminer les caractristiques gomtriques de notre barrage. Cest

pourquoi, pour chacun e des mensurations de louvrage, une explication de la

dmarche de calcul sera fournie.

i. Hauteur du barrage

Le projet doit tre suffisamment haut pour pouvoir retenir toute leau en amont tout en

veillant garantir une scurit vis-- vis des problmes de crue. Cest pourquoi, un

barrage est toujours dfinit en fonction de ses diffrents niveaux (voir figure II.4), qui sonteux-mmes indiqus par des tudes sur site ou par des manires probabilistes.

II.4 Modlisation des caractristiques gomtrique

Ainsi, on peut diviser la hauteur du barrage en une somme de 4 lments importants :

La hauteur de tranche morte (h 0) situe au pied du remblai qui reprsente lahauteur de dpt des barrages et qui tient aussi compte des phnomnesdvapo transpiration.

La hauteur complmentaire deau (h 1).

La hauteur de tranche morte et la hauteur complmentaire deau forment le Niveau

Normal des Eaux (NNE) qui est dfinit dans les donnes topographiques.


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Notons que la cte initiale est dfinie dans les donnes du projet comme la cte desurfa ce de plan deau nulle.

La hauteur de monte des eaux (h 2) qui fait partie des donnes initiales dunprojet et qui dlimite le niveau maximal que peuvent atteindre les eaux.

La revanche (r) qui constitue une rserve de scurit lors de priode de crue, de

vent violent ou dventuels problmes extrieures appliqus au barrage(tassement, glissement de terrain) .

La revanche peut tre dtermine l aide de diffrentes formules. Le principe

consiste dterminer la hauteur de la vague (formule de Molitor), puis en dduire

la vitesse de la vague (formule de Gallard) afin de calculer la hauteur de revanchencessaire.

1. Formules de Molitor :

- Pour L fetch < 30 : - Pour L fetch 30 :

Avec : Hv : la hauteur de la vague en mtres. V : la vitesse du vent en km/h.

F : le fetch en km.


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Dans notre cas on ferra en sorte de se placer le plus prs possible de la scurit,

cest pourquoi on considrera une vitesse de vent de 169 ,9 km/h cest --dire pour

un site expos soumis un vent extrme.

2. Formules de Gallard :

Avec :

Hv : la hauteur de la vague en mtres. Vv : la vitesse de la vague en km/h.

3. Formules de Stevenson :

Or dans la pratique le concepteur doit respecter les conditions suivantes :

Sachant que notre hauteur H du barrage ne dpassera pas 20 mtres pour des raisons

dapport de matriau, on retient donc une revanche de 1,5 m.

Par consquent, on a une hauteur H quivalent :


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ii. Largeur de crte, pente et largeur de pied de talus

Aprs avoir dtermin la hauteur totale, il nous reste dterminer la largeur de crte etde pied de remblai ainsi que la pente donner au talus.

La largeur en crte L est en gnrale dtermine par lune des formules suivantes :

On retient alors une largeur de crte : L = 7,50 mtres

Con cernant les pentes de talus, les rgles de lart prco nisent une pente maximale de

, sachant que celle- ci peut tre dpasse en cas dutilisation de matriaux grossierssans fines.

Dans notre cas nous avons choisi de prendre une pente de :

Soit :

Enfin la largeur en pied de remblai se dduit gomtriquement grce la hauteur du

barrage et la largeur de crte. On obtient la largeur en pied : B = 106,5 m

Le barrage prdimensionn est alors le suivant :

II.5 Prdimensionnement gomtrique du barrage


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iii. Lvacuateu r de crue

Pour viter une saturation en eau du barrage il est ncessaire de disposer un vacuateur de crue. Ce dispositif vise assurer la scurit de louvrage et peut tre mis en place de

manire frontale ou latrale. En effet, il permet de contrler l es surplus deau et ainsi

viter les problmes drosion du matriau et ventuellement son affouillement en pied.

Pour sa dtermination nous utiliserons la formule de Poleni qui donne le dbit de crue enfonction de plusieurs paramtres. Ainsi on a : Avec :

: le coefficient de rugosit de lvacuateur. h2 : la hauteur de monte des eaux en mtres.

l : la largeur de la canalisation en mtres. g : lacclration de la pesanteur.

En considrant que la crue de dimensionnement est la crue de projet on prendra alorsQcrue = 143 m 3/s . De plus, notre vacuateur aura une rugosit de 0,3 .

Alors :

On obtient une largeur dvacuateur de crue qui reprsente 93% de la largeur dubarrage. Il est donc indispensable de disposer deux vacuateurs de crue latraux.

(Voir annexe n6 Reprsentation d un vacuateur de crue latral).

iv. Canalisation de vidange

Chaque barrage est quip dune canalisation de vidange lui permettant de rguler le

dbit et de pouvoir effectuer la vidange totale de louvrage. Le dimensionnement peutseffectuer selon deux mthodes.

Tout dabord on pourra se ramener un systme dquation de Bernoulli entre diffrents

points du barrage ou simplement utiliser lquation dHazen -Williams qui nous dfinit un

dbit dans une canalisation, si celle-ci fonctionne en rgime turbulent.

1. Mthode dHazen -Williams :

Hazen-Williams nous donne la formule suivante :


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Avec :

C : le coefficient de rugosit de la canalisation il est fonction du matriau utilis. A : est laire de la canalisation en mtres carrs. Rh : est le rayon hydraulique dfinit comme le rapport de laire de canalisation

mouille par le primtre (dans notre cas Rh = ), il est donn en mtres. J : est la pente donne la canalisation. Q : le dbit volumique dans la conduite en m3/s.

Pour ce problme nous choisirons de satisfaire le dbit de crue de chantier de 4 m 3/s.

On obtient alors le diamtre de la canalisation par la formule de Hazen-Williamsremodele :

Dans notre cas on trouve : D = 1,25 m

2. Mthode de Bernoulli :

Pour cette mthode, nous utiliserons le thorme de Bernoulli entre un point A (situ

sur le plan suprieur deau) et le point dentre dan s la canalisation (point B). On a

ainsi lquation suivante :

Avec :

PB : la pression relative en B donne en Pa.

VB : la vitesse de leau en B donne en m/s. : la masse volumique de leau donne en kg/m 3. g : lacclration de la pesanteur en m/s 2.

Il nous faut alors une autre quation afin de lever les inconnues du problme. Pour cela, il est ncessaire dutiliser lquation de Bernoulli entre le point B et un point situ

la sortie de la canalisation (le point C).


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Le flux deau traverse la canalisation alors on considrera des pertes de charge

engendres par la rugosit de la canalisation (pertes de charges rgulires), mais

aussi des pertes de charge provoques par la vari ation de section entre lea u debarrage et la canalisation de vidange et la prsence dune vanne pour grer la

vidange.

On a alors :

Avec :

H : la somme des pertes de charge en mtres.

Grce cette mthode on peut dterminer la vitesse dans la canalisation devidange. Connaissant le dbit assurer et la vitesse on peut alors dterminer la

section de canalisation et donc le diamtre.

Cependant, n ous navons pas souhait faire figurer cette dernire mtho de dansnotre note de calcul car nous obtenions des rsultats incohrents, cela tant sans

doute du des simplifications trop restrictives.

II.6 Schma de principe de la canalisation de vidange

Le t emps de vidange est dtermin laide de tableur de calcul (bas sur lesformules de Colebrook) permettant de faire le bilan des volumes d'eau entrant (crue)

et sortant (vidange et ventuellement dversoir) et calcule le nouveau volume

emmagasin et la nouvelle hauteur d'eau (voir figure II.7).Ceci permet dobtenir le dbit de la canalisation en fonction du temps en

considrant que la vidange est finalise lorsque le dbit traversant est nul.

A

B

C


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II.7 Schma de principe pour le calcul du temps de vidange

A partir du tableur de calcul, on en tire les diagrammes suivants :

II.8 Diagrammes de rfrence pour le calcul du temps de vidange

Daprs cette analys e on constate que notre vidange de barrage se finalise au bout

de 170 heures soit environ 7 jours .


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III. Reseaux de lignes de courant etdquipotentielles de la digue

Une fois que le profil gnral du barrage a t tabli sur des critres mcaniques, ilconvient alors de procder une tude des infiltrations deau uniquement dans

louvrage puisque lon a des fondations dites impermables. Ces infiltrations

conditionnent la stabilit et le redimensionnement du barrage en cours de travaux.

A. Mthode de Kozeny

i. Description de la dmarche

Dans le cas de ltude, on a slectionn un profil critique o la hauteur deau est la plusgrande, puisque a sera dans ce cas que les risques de pertes de stabilit sont les plus

importantes.Aussi faible que soit la permabilit de notre barrage en terre (~2e-10 m/s), il y a toujours

infiltrations deau. Ltude des infiltrations consiste essentiellement en la dtermination

des quipotentielles et des lignes de courant qui permettent ensuite de trouver les

lments suivants :

1. La ligne de saturation du massif du barrage. Cette dernire est appele lignephratique et reprsente la limite entre la partie sche/humide et la partie sature

deau du barrage. La bonne connaissance de cette ligne est capitale pour

pouvoir effectuer les calculs de stabilit de la digue.

2. La pression de leau interstitielle dans le massif, qui peut tre dtermine partir dun rseau de lignes quipote ntielles. Une augmentation de cette pression peut

tre dangereuse pour la stabilit, elle peut tre notamment la cause dapparition

de renards dans la partie amont du barrage.

3. Le dbit de fuite d aux infiltrations, qui peut sobtenir partir du rseau de lignesde courant. Ces lignes de courant reprsentent thoriquement la trajectoire de

leau travers le barrage. Si ce dbit est trop important, le barrage ne fa it pas sonoffice, il faut alors instaurer un noyau impermable au sein du corps de digue.
http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0607/beiere/5/html/proj_b1.html#renard_2http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0607/beiere/5/html/proj_b1.html#renard_2http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0607/beiere/5/html/proj_b1.html#fuite_3http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0607/beiere/5/html/proj_b1.html#fuite_3http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0607/beiere/5/html/proj_b1.html#renard_2


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La dtermination de ces trois paramtres se fait par la mthode simplifie de Kozeny qui

utilise des approximations et des proprits graphiques du rseau dcoulement. Pour

que cette mthode soit valable, il est important de respecter quelques rgles dedistribution des lignes :

le parement amont est une quipotentielle.

la ligne de saturation est une ligne de courant.

la fondation est une ligne de courant (cas fondation impermable).

la pression hydraulique tant nulle sur la courbe de saturation, le potentiel en unpoint de cette ligne est d uniquement la cte de ce point.

les quipotentielles sont perpendiculaires aux lignes de courant.

ii. Ligne de saturation sans systme de drainage

Dans un premier temps, nous partons sur barrage sans systme de drainage, ni systmedtanchit. On note la prsence dun substratum (f ondation du barrage)

impermable.

Avec la mthode de Kozeny, on va dterminer la ligne de saturation au sein du barrage.Ci-dessous est prsente la figure o sont dtailles les donnes ncessaires pour le

calcul de la parabole de Kozeny.

III.1 Schmatisation du trac de la ligne de saturation avec Kozeny

Avec :

- d : largeur de base du barrage diminue de 0,7.b- h : hauteur deau critique - a : distance entre lorigine de la parabole et son foyer - b : projection horizontale de la partie mouille du parement amont

Soit :
http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0607/beiere/5/html/proj_b1.html#kozenyhttp://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0607/beiere/5/html/proj_b1.html#kozeny


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Parabole de Kozeny :

Kozeny a montr que, dans un barrage en terre homogne non drain, la de saturation

peut tre assimile dans sa partie mdiane une parabole daxe h orizontal dont le

foyer O est situ au pied du parement aval du barrage. Lquation de cette parabolescrit :

En se rapportant la figure III.1, il en dcoule :

Soit, la valeur Y 0 est ensuite inject dans lquation de Kozeny ce qui donne lquationde parabole suivante :

Pour obtenir la ligne de saturation partir de la parabole de Kozeny, on raccorde celle-

ci au point B du plan deau amont par une courbe tangente la parabole. Une fois quelon connat lquation de Kozeny, il faut ens uite dterminer les coordonnes de chaque

point (voir figure III.1).

La parabole coupe le plan deau amont en A situ une distance horizontale de ce

parement :

On a alors :

- A : (76,36 ; 17,40)- B : (63,44 ; 17,40)

Pour obtenir les coordonnes du point C, il suffit de connaitre lintersection de la paraboleavec le talus du barrage. On a choisit un talus avec une inclinaison :


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Il faut donc rsoudre lquation suivante :

On a donc : C (24,96 ; 10,08)

En aval on fait aboutir la ligne de saturation en un point D situ tel que :

Projeter OD sur laxe X, on trouve :

Lallure de la ligne de saturation et des lignes de courant (trac par la mthode de

Kozeny en faisant varier la hauteur deau) sont prsentes ci -dessous :

III.2 Lignes de courant sans systme de drainage

Aprs avoir trac la ligne de saturation, on remarque que le point de rsurgence de

leau (point D) se situe sur la pente aval du barrage. Cette situation nest pasenvisageable, car leau fuyante cause des problmes de stabilit du talus aval.


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iii. Ligne de saturation avec noyau impermable

Dans un premier temps, on pense utiliser u n noyau dargile impermable qui permetdinstaller une tanchit entre lamont et laval (voir figure II.3). On utilise nouveau la

mthode de Kozeny pour le trac de la ligne de saturation et des lignes de courant.

III.3 Donnes ncessaire pour trouver le trac de la ligne de saturation et des lignes de courant

Lallure de la ligne de saturation et des lignes de courant sont prsentes ci -dessous :

III.4 Lignes de courant avec noyau impermable

Le dbit de fuite permet de vrifier si le rservoir ne perd pas trop deau. Connaissant la

position du point de rsurgence de la nappe dans le noyau, on peut calculer le dbit

unitaire par unit de longueur de barrage.

Soit :

Soit une quantit de 1,74 m 3 de perte sur 12 mois de stockage.

Lanalyse de ce rsultat nous montre que la perte est infime. Par consquent, la mise en

place dun noyau comme lment dtanchit nest pas ncessaire en vue des

caractristiques relativement bonnes du matriau de la digue.


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iv. Ligne de saturation avec drain horizontal

On oriente la solution avec un drain horizontal de manire ramener la ligne desaturation et les lignes de courant en pied de barrage. Pour dterminer la longueur du

tapis drainant, on prend une valeur quivalente L/3. Soit, la longueur (d) du tapis gale

35,0 m.

A partir de la mthode de Kozeny, on obtient le trac lignes de courant et

quipotentielles suivant :

III.5 Reprsentation des quipotentielles et lignes de courant avec le tapis drainant

B. Dbit de fuite

L encore il existe diffrentes mthodes pour dterminer le dbit de fuite elles sont

bases sur les thories dcoulement dans les sols. La dmarche traditionnelle viserait raisonner avec les tubes de courant et de charge hydraulique de lcoulement maiscette dmarche est simplifie par la formule suivante :

Avec :

- S la surface deau en contact avec le talus amont en mtres carrs/ml debarrage.

- K le coefficient de permabilit de Darcy en m/s.- h la hauteur de retenue du barrage en mtres.- L la longueur de la ligne de saturation en mtres.

Ainsi, on obtient un dbit de fuite q = 4,49.10 -9 m 3/s pour un mtre linaire de barragesoit un dbit de 4,49.10 -7 m 3/s sur lensemble du barrage. Si on ramne cette valeur lanne on obtient une perte de 14 m 3.Cette dernire valeur nest pas ngligeable malgr le faible pourcentage quelle

reprsente par rapport au volume deau retenu mais il est indispensable de prvoir desdispositifs pour rcuprer cette eau et ne pas endommager louvrage.

Drain


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IV. Pressions dans le corps du barrageet stabilit

A. Pressions interstitielles

A la mise en eau du barrage, un systme de pression sinstalle dans le barrage. Les

pressions interstitielles se calculent localement lintrieur du barrage, simplement par lecalcul de P :

On lexprime par : P = x g x h

- P : pression interstitielle en un point en Pascal (Pa).- : masse volumique de leau = 1000 kg/ m 3.- g : acclration de la pesanteur fix 9,81 m/s.- h : la hauteur deau au dessus du point considr en m .

On rappel que la solution retenue t dinsta ller un drainage horizontal de 35 mtres. A

partir de la dtermination des rseaux de lignes de courant et dquipotentielles, on vapouvoir dterminer les pressions interstitielles. Afin de trouver la valeur des pressions

chaque nud du rseau , on said e de la modlisation sur Autocad suivante :

III.6 Reprsentation du rseau de lignes de courant et dquipotentielles

12

3

45

h

0


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Dtermination de la pression interstitielle en un point :

La hauteur h de la colonne deau au dessus dun point est facilement dtermine grce la figure III.5 (dessin A utocad). Le calcul des pressions pour chaque nud est

rcapituler dans le tableau visible lannexe n1.

On note quil est peut tre intressant de suivre lvolution des pressions du corps du

barrage au cours du temps, afin de dceler dventuelles fissurations.

B. Stabilit interne du barrage

Le modle vrifi est celui du barrage dot dun drainage horizontal de 35 mtres.

La vrification de la stabilit interne consiste vrifier si notre ouvrage est soumis auphnomne de renard ou non. Le phnomne de renard est un phnomne drosion

interne li des mouvements intergranulaires. Si la vitesse de percolation est suprieure la vitesse dentrainement d es grains, il peut se produire une instabilit du talus. La

cohsion du talus devient alors proche de zro. Les particules fines qui assurent la

cohsion sont entraines.

Pour viter le phnomne de renard, il faut appliquer la rgle de LANE :

Avec :- Lh : est la projection horizontale de la longueur L de la ligne de courant.- Lv : la projection verticale.- C : coefficient de LANE qui dpend du type de remblai.- H : charge totale.

Nous allons donc appliquer cette rgle sur notre modle. On ralisera le calcul sur la

ligne phratique (ligne de courant 0). Pour le calcul, on prend un coefficient C de LANE

de 2, 5 correspondant mlange homogne de sable, de gravier et dargile.

Ci-dessous, la modlisation permet de lire directement les valeurs L v et L h :

III.7 Dtermination des ctes Lv et Lh du barrage


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Ligne de courant 0 : Ligne phratique

- Donnes du problme : H = 17,4mLv = 17,4 m

Lh = 30,09 mC = 1,5 (matriau de type argile)

Rsultats :

Daprs la rgle de LANE, il n y a un risque de Renard sur cet coulement.

Remarque : si phnomne de Renard

Pour viter une ventuel instabilit, nous avons fait le choix de rduire la longueur de

notre drain horizontale. La dmarche consiste alors jouer sur la longueur L h. En effet,

daprs lquation de LANE, on constate que plus L h est leve, plus on sloigne duproblme de renard.

On peut ventuellement changer la nature du remblai pour ainsi diminuer le coefficient

de LANE. Cependant cette solution nest pas envisageable sur ce projet car nous

souhaitons rutiliser le type de matriaux disponible proche de louvrage.

La formule de LANE peut tre critiquable car elle ne prend en compte quun nombrerestreint de paramtres. En revanche, il est primordial dviter une diminution excessive

de la longueur du drain, puisquil permet dviter les problmes de renard .


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V. Stabilit des talus

Lorsque linclinaison (pente des talus amont et aval) ou la dnivellation H dun talusdpassent une certaine valeur, il peut y avoir instabilit du massif de terre. Quelque fois

mme sans forcment appliquer de charges sur le remblai. On parle souvent de rupturepar glissement.

Lexprience montre que les surfaces de rupture sont dans le cas dun talus de hauteur H, faisant un angle avec lhorizontale, des cylindres section circulaire. On tudiera

dans ce projet la stabilit des talus amont et aval en calculant un coefficient de scurit

F. Le coefficient de scurit F est dfinit partir des moments rsistants et moteursvalus par rapport au centre de rotation la rupture quon nommera O :

Le coefficient de scurit pour la pente aval doit tre suprieur 1,5 et 1,6 pour la penteamont. Le coefficient F peut tre dtermin partir du moment o lon se donne uneligne de glissement respective. Cependant, plusieurs lignes de glissement sont possibles

pour un talus. On retient donc comme ligne de glissement celle donnant le coefficient

de scurit le plus faible.

Pour dterminer le coefficient F, plusieurs mthodes existent : Mthode de BISHOP, de

Fellnius, mthode de Caquot, ainsi quune multitude dabaques ont t tudi :

Abaque de Taylor-Fellnius, Taylor- Biarez, etc

Dans notre cas, F sera estim partir de labaque de Taylor -Biarez pour le talus aval et

labaque de Biarez pour le talus amont. Les calculs seront faits en rgime permanentpour le talus aval, puis en vidange rapide pour le talus amont (situations les plus

dfavorables).


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A. Stabilit du talus aval en rgime permanent

Le talus une hauteur H = 20 mtres et un angle avec lhorizontale de 22.

Nous avons comme caractristiques inter-granulaires du remblai compact :

- = 22

- c = 20 kPa

-

On prend un poids volumique humide mme si la pente de talus aval sera draine. Onrestera dans la scurit. On est donc en prsence dun matriau cohrent avec

frottement. Pour cette configuration donn, on peut donc positionner le point Acorrespondant aux caractristiques relles et c sur labaque de Taylor -Biarez - Talus

aval dun barrage drain . (Voir annexe n2).La droite OA coupe la courbe correspondant la valeur relle en un point B.

Do :

On dtermine A :

On obtient : - OA = 7,7 cm

- OB = 4,6 cm

Do : F =

Ce qui donne au final le coefficient de scurit F gale : F = 1,67 > 1,5

Le talus aval ne risque donc pas de glisser. La stabilit du talus aval, avec une inclinaison est assure avec les caractristiques des matriaux que lon mettra en place.


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B. Stabilit du talus amont en rgime rapide

Dans se cas, on se retrouve avec les caractristiques des matriaux remblai compact

court terme. En effet, en vidange rapide du barrage, le matriau de la digue na pas le

temps dtre drain et la hauteur deau qui se retire rapidement nassure plus la bonnestabilit de la pente amont.

Notre talus une hauteur H = 20 mtres et un angle avec lhorizontale de 22.

Les caractristiques du matriau court terme sont :

- = 0

- c u = 60 kPa

-

On procde cette fois si avec labaque de Biarez - Stabilit des talus homognes aprs

vidange rapide. (Voir annexe n3).

La dtermination du point M se fait par :

Do : OM = 3,8 cm

Et : ON = 3,6 cm

Do : F =

Ce qui donne au final le coefficient de scurit F gale : F = 1,06 < 1,6

Le talus amont risque donc de glisser lors dune vidange rapide. La stabilit du talusamont, avec une inclinaison nest assure avec les caractristiques des matriaux que

lon mettra en place. La solution pour pallier ce problme de stabilit est lapport dun

autre matriau quon disposera sur le talus amont.

On dcide de prendre de lenrochement de type granite avec les caractristiques

suivantes : = 45 et c u = 100 kPa


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VI. Configuration finale

C ette partie prsentera alors nos choix constructifs ainsi que les dispositifscomplmentaires mettre en place pour assurer le bon fonctionnement du barrage.Deux vues gnrales de l ouvrage finale sont visibles aux annexe n4 et n5.

Choix du drain :

Un tapis drainant a do nc t dispos afin dassurer un maximum dtanchit au

barrage. Le tapis drainant a t pris gal au tiers de la longueur du barrage soit environ

35 mtres. Concernant lpaisseur de ce tapis, on choisira une hauteur de 60 cm pour

assurer un bon fonctionnement du drain.

Choix du filtre :

Pour limiter le mlange de particules de sol du remblai dans lapport de matriau

drainant, un filtre doit tre mis en place linterface drain -remblai du barrage. En effet,le remblai contenant des particules fines, contrairement au matriau drainant ayant une

plus grande granulosit (grains plus grossiers). Les particules de sol, sous leffet de lacirculation deau vont venir altrer le drain.

Habituellement, pour viter ce phnomne il faudrait mettre en place un matriau de

granulomtrie croissante d e lintrieur vers lextrieur du barrage. Cependant dautres

solutions existent comme la mise en place dun gotextile ayant pour fonction de filtrer.

Ce gotextile permettra dviter toute contamination du matriau drainant. En effet,

cette dgradation est trs prjudiciable pour la durabilit du barrage, le tapis drainant

tant un lment trs important pour le bon fonctionnement du barrage. Le gotextileest, de plus, une mthode beaucoup plus simple mettre en place et permet une mise

en uvre plus c onomique. Cependant la mise en place reste, tout de mme, dlicatevis-- vis de la fragilit du gotextile (dchirement, poinonnement).


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Les risbermes :

Ces lments sont gnralement effectus pour les remblais car elles constituent une

surface p late permettant aux vhicules autoriss de circuler le long de louvrage (ct

aval du barrage) afin de pouvoir effectuer des oprations de maintenance ou devrification de louvrage grce des pizomtres.

De plus, elles permettent damliorer la stabi lit gnrale du remblai en crant des

zones plus rigides transversalement. Les rgles de lart prconisent dailleurs lutilisation de

risbermes pour des ouvrages suprieurs 12 mtres. Pour notre ouvrage, il semble

judicieux de disposer des risbermes car sa hauteur de 20 mtres le lui impose.

Disposition de vgtation :

La partie en aval peut tre habille par de la vgtation afin de crer une atmosphre

agrable pour les diffrents touristes ou encore pour limiter limpact environnemental.Cest pour quoi il est courant de disposer des revtements en terre vgtale sur les talus

et les risbermes.

Structure de protection contre les chutes :

Louvrage tant accessible aux pitons et aux vhicules autoriss il est indispensable de

disposer des lments de protection (garde- corps, barrires) en cas de chute vers lapartie aval mais aussi des murs ct amont car la chute dun piton ou encore une

droute dun vhicule pourrait tre un vnement dramatique.

Dissipateurs dnergie :

Ils peuvent tre dispo ss la sortie des lments dcoulement afin de diminuer la forte

nergie en fin de circuit. Pour ce faire, on disposera des pierres en sortie de canalisation.

Enrochement :

Afin damliorer la stabilit de notre barrage il est possible dajouter de l enrochement

en partie amont (voir partie vrification de la stabili t de louvrage ). Ce matriau, en

plus damliorer la stabilit, permet de protger la peau du remblai contre les attaques

aqueuses, notamment lrosion.

VI.1 Schmatisation du barrage en configuration finale


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VII. Classement de louvrage - Entretien

A. Dtermination des caractristiques de louvrage :

La lgislation prvoit quatre classes pour hirarchiser les ouvrages hydrauliques selon les

mesures mettre en ouvre pour leur suivi. Ces classes sont nommes par des lettresallant du A pour les ouvrages fort degr de surveillance au D pour les ouvrages

faible risque.

Ce classement est bas sur deux paramtres du barrage :

H : La plus grande hauteur mesure entre le plus haut point du barrage et leterrain naturel laplomb de ce sommet. Ce paramtre sera exprim en mtres.

V : Le volume de la retenue exprim en millions de mtres cubes lorsque lebarrage fonctionne sa cte de retenue normale.

Le classement obt la classification suivante :

A : H > 20

B : et H > 10 C : et H > 5 D : H > 2

Si toutefois des doutes sont mis quand la classe de louvrage, un droit de

reclassification peut tre tablit par le Prfet.

Dans notre cas, on a :

Daprs le classement, on en dduit que louvrage prcdemment dimensionn est declasse B.


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Ceci implique quelques contraintes de surveillance et d entretien pour le propritaire.

Les mesures prendre peuvent se rsumer ainsi :

CLASSIFICATION DES BARRAGES

A B C D

Etude des dangers Oui Oui Non Non

Matrise d'uvreunique etrglemente

Oui Oui Oui Oui

Avis du CTPBOH

Obligatoire pour les avantsprojets, projets lesmodifications substantielleset les rvisions spciales, lademande du ministre pour l'tude de dangers.

A la demande duministre pour lesavants projets,projets lesmodificationssubstantielles,

l'tude de dangerset les rvisionsspciales.

A la demandedu ministre pour les avantsprojets, projets lesmodificationssubstantielles etles rvisionsspciales.

A la demande duministre pour lesavants projets,projets lesmodifications

substantielles et lesrvisions spciales.

Premire mise eneau rglementaire

Oui Oui Oui Oui

Dossier de l'ouvrage Oui Oui Oui OuiRegistre del'ouvrage

Oui Oui Oui Oui

Consignes crites Oui Oui OuiOui

Pas d'approbationpar le prfet

Auscultation del'ouvrage

Ouisauf drogation

Ouisauf drogation

Ouisauf drogation

Nonsauf demande

particulire

Frquence desrapports desurveillance

1 anTransmis au prfet

5 ansTransmis au prfet

5 ansTransmis auprfet

/

Frquence desrapportsd'auscultation



5 ansTransmis auprfet

/

Frquence des

visites techniquesapprofondies

1 anCompte-rendu transmisau prfet

2 ansCompte-rendutransmis au prfet

5 ans

Compte-rendutransmis auprfet

10 ans

Compte-rendutransmis auprfet

Revue de sret Tous les 10 ans Non Non Non

Rvision spciale Possible Possible Possible Possible

Tableau 3 : Rcapitulatif des entretiens et de la maintenance selon les classes de barrage


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VIII. Synthse

Avec le support de documents techniques concernant le prdimensionnement dubarrage et de ses diffrentes structures spcifiques, on a pu dgager une solution qui

rpond la problmatique du projet.Grce lensemble de ces valeurs et aux diffrents logiciels gnrs par Excel, on a

dgag la conception gnral de louvrage. Nous avons donc regroup tous les points

importants dans le tableau ci-dessous, qui rsume les donnes de la solution propose :

Longueur de la digue 100 mtres

Largeur de la digue 106,5 mtres

Hauteur maxi de la digue 20,0 mtresVolume du remblai de la digue 114 000 m

Longueur de la canalisationde vidange 107,0 mtres

Pente de la canalisation devidange 0,01 m/m

Diamtre de la canalisation devidange 125 mm

Coefficient de LANE (C) 1,5

Scurit au Renard quation de LANE 27,43 > 26,10Scurit en talus aval 1,67

Scurit en talus amont 1,06

Dbit de fuite 5,5.10 -10 m 2/s

La construction dun barrage implique un bouleversement de lcosystme naturel du

cours deau et de ses abords. Il entrane donc la modification de la faune et de la flore

au droit du barrage, mais aussi dans le cours deau laval. De plus, la retenue deau

occupe une surface importante, ce qui peut ncessiter le dplacement et lerelogement des habitants dj prsents. Cependant, dans certaines rgions, un barrage

peut tre intressant afin de possder une capacit utile deau des fins dirrigation.Ctait, en autre, le but de la solution de barrage du projet tudi.

Enfin, il ne faut pas ngliger le risque de rupture du barrage, cest pourquoi nous avons

effectu le dimensionnement de cet ouvrage selon des rgles tablies depuis plusieurs

annes et qui ont dmontr leur efficacit. Celles-ci nous ont permis de vrifier notre

barrage remblai en stabilit externe et interne et ainsi prvenir tout risque de rupture. En

revanche, au terme de ce projet, nous avons dtermin la classe de notre ouvrage,

cette donne permettra au client de prvoir les moyens ncessaires pour lentretien e t lasurveillance du remblai.


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IX. Bibliographie

[1]. Petit Barrage, Recommandation pour la conception, la ralisation et le suivi Grard Degoutte

[2]. Rapport Projet de Fin dEtudes Auscultation douvrages hydrauliques Roland

Vidal.

[3]. Code de l environnement Article R214

[4]. Cours de mcanique des fluides INSA Strasbourg Abdellah Ghenaim

[5]. Cours de mcanique des sols INSA Strasbourg Freddy Martz


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X. Annexes

Annexe n1 : Tableau Excel Dtermination des pressions interstitielles

Annexe n2 : Stabilit du talus aval pour un barrage drain Annexe n3 : Stabilit du talus amont aprs vidange rapide

Annexe n4 : Vue gnrale du barrage remblai

Annexe n5 : Vue sur la crte du barrage remblai


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Annexe n6 : Vue d un vacuateur de crue latral

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