Université Ziane Achour de Djelfa

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE

Université Ziane Achour de Djelfa

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLOME

DE MASTERE GENIE CIVIL

OPTION : CONCEPTION ET CALCUL DES STRUCTURES

THEMETHEMETHEMETHEME

ETUDE D'UN BARRAGE EN TERRE (DIGUE)

BARRAGE OUED HALIB (W. SETIF)

Présenté par : Promotrice : Mme .CHETATHA Nawel M BENALIA Saliha

MEMBRES DE JURY :

Présidente : Mr GUESMI Mohamed MAA U.Djelfa

Examinateur : Melle BELKEIRI Nacira MAA U.Djelfa

Soutenue le: 27/06/2016

PROMOTION 2016

Résumé……………..………………………………………………………………………………. 01 Introduction générale……..……………………………………………………….………………. 02 Chapitre I : Etude bibliographique et définition du site

I.1- Généralités………………………………………………………………………………… 04 I.2- La taille des barrages………………………………………………..…………………… 04 I.3- Les types de barrages………………………………………………………..…………… 05 I.3.1- Les barrages poids……………………………………………………………… 05 I.3.2- Les barrages voûtes………………………………………………..…………… 05 I.3.3- Les barrages à contreforts……………………………………………….……… 06 I.3.4- Les barrages mobiles…………………………………………………………… 07 I.3.5- Les barrages en terres…………………………………………………………… 07 I.4- L'utilisation des barrages………………………………….……………………………… 09 I.5- Définition du site…………………………………………………….…………………… 09 I.6- Choix du Site de notre Barrage……………………………………………………..…… 09 I.7- Rupture des barrages en terre…………………………………………….……………… 10 I.8- Les causes d’accident…………………………………………………….……………… 10 I.9- Les mécanismes de rupture des ouvrages en remblai…………………….……………… 11 Chapitre II : Etude géologique et topographique II.1 Topographie……………………………………………………………………………….. 13 II.2 Caractéristique du site choisie…………………………………………………………….. 13 II.3 Géologie…………………………………………………………………………………… 14 II.4 Géologie régionale………………………………..……………………………………… 14 II.5 Géologie du Site…………………………………………………………..……………… 18 II.6 Morphologie du site……………………………………………………………………… 18 II.7 Niveau Phréatique………………………………………………………………………… 18 II.8 Perméabilité…………………………………………………..…………………………… 18 II.9 Séismicité………………………………………………………….……………………… 18 II.10 Reconnaissance de terrain………………………………………………..……………… 20 II.11 Matériaux de Construction……………………………………………..………………… 20 II.12 Zone D'emprunt…………………………………………………..……………………… 20 Chapitre III : Etude géotechnique III.1 Etude Géotechnique……………………………………………………………………… 22 III.2 Travaux de Reconnaissance de Terrain………………………………..………………… 22 III.3 Essais au Laboratoire……………………………………..……………………………… 22 III.4 Principe de chaque essai………………………………………………….……………… 23 III.4.1 L’essai d’analyse granulométrique…………………..………………………… 23 III.4.2 Teneur en eau naturelle……………………………………….………………… 23 III.4.3 Masse volumique……………………………………………..………………… 23 III.4.4 Essai Proctor………………………………………………….………………… 23 III.4.5 Essai triaxial……………………..……………………………………………… 23 III.4.6 Essai a l’Oedomètre………………………………………………………..…… 23

III.4.7 Essai de carbonate (CaCo3) ………………………………………………….… 24 III.4.8 Essai limite d’Atterberg………………………………………………………… 24 III.5 Résultats des Essais « in Lab. » …………………………………………….…………… 24 III.6 Résultats des Prélèvements des Puits…………………………………………..………… 24 III.7 Résultats de Prélèvement des Sondages………………………………………….……… 25 III.8 Interprétation des résultats…………………………..…………………………………… 25 III.8.1 Perméabilité……………………………………………………..……………… 25 III.8.2 Stabilité des versants…………………………………………….……………… 26 III.8.3 Caractéristiques de la cuvette…………………………………………………… 26 III.9 Conclusion………………………………………………………………………………… 26 Chapitre IV : Etude hydrologique IV.1 Introduction…………………………………………………………….………………… 31 IV.2 Caractéristiques climatique……………………………………….……………………….. 31 IV.3 Caractéristiques morphologiques du Bassin Versant…………………………..………… 32 IV.4 Pluviométrie du Bassin Versant……………………………………………..…………… 33 IV.5 Etude des Crues………………………………………………………………………… 34 IV.6 Etude de Régularisation…………………………………………………..……………… 35 IV.7 Laminage des Crues……………………………………………………………………… 36

Chapitre V : Dimensionnement de la digue V.1 Généralités…………………………………………………………...…………………… 37 V.2 Choix de variante de digue ……….……………………………………………………… 37 V.3 Conception de la digue…………………………………………………………………… 37 V.3.1 Hauteur du barrage………………………………………………..…………… 37 V.3.2 Largeur en crête………………………………………………………………… 38 V.3.3 Longueur en crête………………………………….…………………………… 38 V.3.4 Les Pentes des talus…………………………………………..………………… 38 V.3.5 Protection des Talus………………………………………..…………………… 38 V.3.6 Les Bermes……………………………………………………………...……… 40 V.3.7 Dispositif d’Etanchéité………………………………………………………… 40 V.3.8 Dispositif des drains et filtres……………………………………………..…… 41 V.4 Tassement………………………………………………………………………………… 43 V.5 Réseau d’Ecoulement…………………………………………..………………………… 43 V.5.1 Introduction………………………………………………………………..…… 43 V.5.2 La ligne de saturation…………………………………………………………… 44 V.5.3 Epaisseur du tapis filtrant………………………………….…………………… 45 V.5.4 Vérifications de résistance à l’infiltration des sols du corps et de la fondation... 45 Chapitre VI : Etude de stabilité VI.1 Introduction………………………………………..……………………………………… 47 VI.2 Notion de coefficient de sécurité……………………………..…………………………… 47 VI.3 Les ruptures………………………………………………………………..……………… 48 VI.4 Etude de stabilité des talus…………………………………………………………..…… 48 VI.5 Différentes méthodes de calcul………………………………………….………..……… 50 VI.5.1 Méthodes globales……………………………………………………………… 50 VI.5.2 Méthode des tranches…………………………………………………..……… 50 VI.5.2.1 Déférentes méthodes basées sur la méthode des tranches……………….. 51 VI.5.2.2 Choix de la méthode…………………………………………………….. 51 VI.6 Equilibre d’une tranche……………………………………………………..…………… 51

VI.6.1 Méthode des tranches de Bishop……………………………..………………… 55 VI.6.2 Méthode de Fellenius…………………………………………………………… 57 VI.7 Différents cas de stabilités……………………………………………..………………… 57 VI.7.1 Fin de construction……………………………..……………………………… 57 VI.7.2 Retenu normale…………………………………………………………….…… 57 Vidange rapide…………………………………………….…………………… 58 VI.8 Calcul sismique……………………………………………………………..…………… 58 VI.9 Détermination des cercles de glissement………………………………………………… 59 VI.9.1 Les paramètres géotechniques utilisés pour le calcul………………..………… 59 VI.9.2 Facteur de sécurité recommandable………………………………….………… 60 Conclusion général Références bibliographiques

LISTE DES FIGURES ET GRAPHES Fig I.1 Barrage poids…………………………………………………………………… 5

Fig I.2 Barrage voûte……………………………………………………………..…… 6

Fig I.3 Barrage à contreforts…………………………………………………………… 6

Fig I.4 Barrage mobile……………………………………….………………………… 7

Fig I.5 Barrage en terre homogène……………………………………..……………… 8

Fig I.6 Barrage a noyau étanche……………………………………………………..… 8

Fig I.7 Barrage a masque amont……………………………………………..………… 8

Fig I.8 Mécanismes de rupture des ouvrages en remblai……………………………… 11

Fig I.9 L’affouillement………………………………………………………………… 12

Fig I.10 Glissement des talus…………………………………………………………… 12

Fig II.1 Situation géographique du site de la retenue collinaire Helib…………………. 13

Fig II.2 Géologie de la cuvette…………………………….…………………………… 16

Fig II.3 Géologie du site………………………………………..……………………… 17

Fig II.4 Carte des zones séismiques…………………………………………..………… 19

Fig V.1 Prisme de drainage avec drain tapis…………………………………………… 43

Fig V.2 Schéma de calcul de la ligne de saturation……………………..……………… 45

Fig V.3 Schéma de calcul d’infiltration………………………………………………… 46

Fig VI.1 Différents types de rupture circulaire……………………………...…………… 48

Fig VI.2 Stabilité d’un talus……………………………………………………………… 49

Fig VI.3 Forces agissantes sur le massif de sol…………………………..……………… 50

Fig VI.4 Méthode des tranches………………………………………………..………… 51

Fig VI.5 Division du massif de sol en tranches verticales……..………………………… 52

Fig VI.6 Equilibre d’une tranche………………………………………………………… 52

Fig VI.7 Zone du centre du cercle critique……………………………………….……… 59

Fig VI.8 Découpage du talus en tranches………………………………………..……… 59

LISTE DES TABLEAUX Tab III.1

Caractéristiques chimiques des fouilles……………………………………..… 25 Tab III.2

Caractéristiques géotechniques …………………….……..…………………………… 27 Tab III.3

Caractéristiques géotechniques ………………….…………………………….……… 28 Tab IV.1

Répartition mensuelle de l'évaporation………………………………………… 31 Tab IV.2

Répartition mensuelle de la température…………………………..…………… 31 Tab IV.3

Répartition mensuelle de l'humidité relative…………………………………… 32 Tab IV.4

Répartition mensuelle de la tension de vapeur…………………………….…… 32 Tab IV.5

Répartition mensuelle de la vitesse de vent……………………………….…… 32 Tab IV.6

Calcule du temps de concentration…………………………………..………… 33 Tab IV.7

Calcul de l’Apport moyen interannuel………………………………………… 34 Tab IV.8

Calcul des débits de crues……………………………………………………… 35 Tab IV.9

Répartition interannuelle des apports liquides…………………………….…… 36 Tab IV.10

Les principaux exposants du barrage………………………………..………… 36 Tab V.1

Calcul de largeur en crête………………………………………….…………… 38 Tab V.2

Pentes des talus en fonction de la hauteur et le type du barrage……………… 38 Tab V.3

Détermination de la protection des talus…………………………..…………… 39 Tab V.4

Cordonnée de la parabole de saturation………………………………..……… 44 Tab V.5

Détermination du gradient d’Infiltration admissible…………………………… 46 Tab V.6

Détermination de coefficient de sécurité…………..…………………………… 46 Tab VI.1

Détermination des rayons max et min en fonction des pentes des talus……..… 59 Tab VI.2

Caractéristiques géotechnique des sols……………………………… 59 Tab VI.3

Coefficient de sécurité pour différents cas de fonctionnement………………… 61 Tab VI.4

Talus Amont, Fin de construction, formule de Fellinius R = 35………………. 62 Tab VI.5



Talus Aval, Fin de construction, formule de Fellinius R = 29…………………. 65 Tab VI.8

Talus Aval, Fin de construction, formule de Fellinius R = 36…………………. 66 Tab VI.9

Talus Aval, Fin de construction, formule de Fellinius R = 40.5……………….. 67 Tab VI.10

Talus Amont, Retenue normal, formule Bishop sans séisme R = 35…………... 68 Tab VI.11



Talus Aval, Retenue normal, formule Bishop sans séisme R = 29…………….. 71 Tab VI.14

Talus Aval, Retenue normal, formule Bishop sans séisme R = 36…………….. 72 Tab VI.15

Talus Aval, Retenue normal, formule Bishop sans séisme R = 40.5…………... 73 Tab VI.16

Talus Amont, Retenue normal, formule Bishop avec séisme R = 35………….. 74 Tab VI.17



Talus Aval, Retenue normal, formule Bishop avec séisme R = 29…………….. 77 Tab VI.20

Talus Aval, Retenue normal, formule Bishop avec séisme R = 36…………….. 78 Tab VI.21

Talus Aval, Retenue normal, formule Bishop avec séisme R = 40.5…………... 79

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INTRODUCTION GENERAL

Le cycle de la vie sur terre est inconcevable sans la présence de l’eau, car cette matière vitale joue un rôle primordial dans tous les phénomènes physiques et biologiques qui entourent l’être humain

Pour vivre et subsister, l’être humain a été et demeurera toujours un utilisateur de

l’eau. En effet, cette matière constitue à la fois une ressource pour l’économie, un élément de la vie et un milieu vivant qui fait partie du patrimoine terrestre.

L’abondance de l’eau sur notre globe est étroitement liée à la nature du cycle

hydrologique qui par définition est une succession de deux phénomènes purement climatique qui sont respectivement les précipitations et l’évaporation. Malgré la difficulté que l’on rencontre pour les mesurer à pareille échelle, on peut tout de même admettre que ces deux phénomènes s’équilibrent à l’échelle mondiale étant donné qu’il n’ya pas de tendance d’accumulation dans l’atmosphère.

En effet, la majeure partie de notre planète est recouverte d’eau. Près de 510 millions

de kilomètre carres. Cela résulte en partie du fait de l’absence d’une réparation régulière et harmonieuse des pluies annuelles moyennes à travers toutes les zones de ce globe. A en croire les chiffres, on avancera que ces précipitations varient de puis des valeurs très faibles moins de 100 mm /an, dans les zones arides jusqu'à plus de 2500 mm/an, dans certaines régions de la zone équatoriale

Pour notre pays, les estimations sont de l’ordre de 100 a 400 mm de moyennes de

précipitations annuelles, étant donné aussi son appartenance a une zone aride à semi-aride.

On notera que notre pays renferme des ressources en eau généralement faible et surtout extrêmement irrégulières et localisées

Actuellement nos besoins naturels annuels en eau, se situent aux environs de 70

milliards de mètres cubes d’eau. Alors que seulement 07 milliards de mètres cubes sont mobilisable. Et d’ici des années prochaines et en prenant en compte tous les facteurs d’une évolution permanente que ce soit dans le domaine social ou industriel il faudrait mettre sur pied un plan de travail pouvant nous garantir tous les besoins futurs

C’est dans ce sens la que beaucoup d’efforts sont déployés depuis le début des années

90 par les autorités algérienne, puisqu’il a été décidé la mise en place d’une politique de réalisation d’ouvrage hydrotechnique tels que les barrages qui sont considères comme les ouvrage les plus importants dans le domaine de Génie Civil étant leur ampleur, la complexité de leur réalisation ainsi que le rôle qu’il peut entreprendre dans l’accroissement de l’économie du pays .

Les barrages sont généralement édifies a fin de permettre un stockage des eaux

acheminées par rivières. Ces eaux qui sont retenues surtout pendant les crues y prendront ainsi leur pouvoir dévastateur.

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Lors qu’elles seront reprises en saison sèche, ces eaux serviront à l’irrigation des terres agricoles, ou bien à l’alimentation des villes en eau potable et industrielle ou à toute autre utilisation permanente. Elles peuvent aussi engendrer une énergie électrique transportable au cas où elles sont turbinées sur une chute crée artificiellement

A travers le monde entier, on trouve deux sortes de barrage :

1- Les barrages remblayés qui sont constants en matériaux non assemblés et entassés. Ce type de barrage se subdivise en barrages en terres, barrages enrochements et en barrages mixtes qui sont conçus avec plusieurs types de matériaux.

2- Les barrages en béton se subdivisent, quant à eux en barrages poids, barrage voutes, barrage à contreforts avec des variantes comme les barrages à voutes multiples.

Dans les temps pas très lointains ; des gros ouvrages en terre ont été construits à

travers tous les pays du monde surtout ceux pouvant garantir une main d’œuvre permanente et économique.

La qualité de ces ouvrage et leur résistance a tous genres d’intempéries à travers les

siècles de l’histoire, démontrent bien la grandeur du génie humain qui ne cesse de faire ses preuves. Dans les temps présents, la hauteur des murs dépasse des centaines de mètres, mais il faut reconnaitre toute fois qu’il a fallu accèdes au progrès scientifique tout en basant sur des principes méthodiquement établis des normes d’essai soigneusement élaborés ainsi que sur des procèdes constructifs approuvés pour les concevoir.

Les matériaux non assemblés avec lesquels sont conçus les murs de ces barrages

contiennent généralement peu d’éléments rocheux et de matière organique. Mais ils sont caractérisés par leur cohésion et leur angle de frottement interne, ceci en autant de proportions variées qu’il y a de sites d’extraction.

La rupture d’un massif ou d’un talus terreux est principalement une question de

cisaillement. On sait depuis fort longtemps, qu’un éboulement de talus se fait par dérapage du haut vers le bas d’une masse limitée en dessous par une courbe concave ayant l’allure d’un arc de cercle. Le mouvement se ramène alors a une rotation par rapport au centre de ce cercle.

Les ingénieurs et chercheurs se sont toujours heurtés aux problèmes épineux de la

stabilité des talus tant naturels qu’artificiels et cela a cause de nombreux accidents survenus aux barrage et des innombrables catastrophes qu’ils engendrent causant des pertes en vies humaines considérables ainsi que des dégâts matériels . C’est pour cette raison majeure que nous somme propose d’approcher un peu plus ce problème très épineux, et qui fait souvent l’objet d’études très poussées au niveau des centres de recherche spécialisés.

Dans ce travail, nous proposons présenter les différentes étapes (défini de site, les

études géologiques, topographiques, géotechnique; caractéristique du bassin versant) qu’ont servi au dimensionnement et à l’étude de la stabilité de la digue du barrage en terre d’oued Halib dans la région de Setif.

Chapitre : I Etude bibliographique et définition du site

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I.1- Généralités :

Un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à en réguler le débit et/ou à stocker de l'eau, notamment pour le contrôle des crues, l'irrigation, l'industrie, l'hydroélectricité, la pisciculture, une réserve d'eau potable, etc. ... Dans la nature, il existe aussi des barrages de castors.

Un barrage submersible est plutôt nommé chaussée, seuil ou digue, ce dernier terme est préféré au mot barrage quand il s'agit de canaliser un flot.

Un barrage fluvial permet de réguler le débit de l'eau, au profit du trafic fluvial, de l'irrigation, d'une prévention relative des catastrophes naturelles (crues, inondations), par la création de lacs artificiels ou de réservoirs. Il permet souvent la production de force motrice (moulin à eau) et d'électricité, on parle alors de barrage hydroélectrique, à un coût économique acceptable, le coût environnemental étant plus discuté pour les grands projets (source de fragmentation éco paysagère, d'envasements à l'amont du barrage, de dégradation éco paysagères et de l'eau. Les « grands barrages » sont tous recensés par la commission internationale des grands barrages (CIGB).

Le mot « barrage» mérite qu'on s'y arrête. La définition du Petit Larousse définit le mot barrage comme un ouvrage artificiel barrant un cours d'eau. Le caractère artificiel de l'ouvrage permet d'exclure les barrages naturels qui peuvent parfois se former par exemple derrière une moraine glacière ou qui peut se créer après un effondrement d'un pan de montagne venant obstruer une vallée situé au Tadjikistan, le plus grand ouvrage naturel du monde, d'environ

500 m de hauteur, résulte d'un tel phénomène après un séisme. Ceci permet aussi d'associer à chaque barrage un constructeur, propriétaire et donc des responsabilités vis-à-vis de risques de toutes natures que peuvent générer les barrages. Cela demande parfois de prendre conscience qu'un étang qui a l'air de faire partie du paysage depuis la nuit des temps résulte de la construction d'un barrage qu'il faut donc surveiller et entretenir...

Les barrages sont définis par des caractéristiques physiques (la hauteur, le volume de la retenue derrière le barrage), par un type de barrage selon sa forme ou les matériaux qui le constituent, par une utilisation principale...

L'ensemble de ces critères donnent des clés d'entrée multiples pour classer les ouvrages I.2- La taille des barrages :

On notera que dans de nombreux pays, on caractérise la taille d'un barrage par la hauteur par rapport au point le plus bas des fondations, comme le barrage est encastré dans le sol, la hauteur sur fondations est supérieure à la hauteur au-dessus du terrain naturel. La hauteur du plus haut barrage français, celui de Tignes, est ainsi de 160 m au dessus du terrain naturel et de 180 m au-dessus des fondations. La Commission Internationale des Grands Barrages (CIGB, ICOLD en anglais) maintient, pour l'ensemble des pays, un registre des grands barrages, pour la CIGB, un grand barrage commence à partir d'une hauteur sur fondations supérieure ou égale à 15 m Pour les barrages français, il n'existe pas d'appellation normalisée. Si la réglementation introduite par le décret du 11 décembre 2007 introduit des classes de barrages en associant des critères de hauteur et de volumes de retenue, il est cependant d'usage de parler de grands barrages dès lors que la hauteur au-dessus du terrain naturel est au moins égale à 20 m. On peut même trouver un classe de très grands barrages comme les grands barrages ayant en outre un volume de retenue supérieur à 15 millions de m3 ; il s'agit des barrages soumis obligatoirement à Plan Particulier d'Intervention. En deçà, on trouve des barrages de moyenne importance entre 10 et 20 m de hauteur. Pour des hauteurs inférieures à 10 m, il s'agit de petits barrages. Si la réglementation nouvelle fixe un plancher à 2 m, on trouve des barrages encore plus petits mais dont les enjeux en termes de risques deviennent négligeables

Bien entendu, le risque associé à un barrage dépend de sa hauteur, mais aussi de la longueur de sa crête et surtout du volume d'eau qui est stocké derrière le parement amont du barrage.


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I.3- Les types de barrages

Les barrages forment avec le terrain sur lequel ils sont construits un ensemble indissociable : à chaque site, un type de barrage, un dimensionnement adapté tant sur le plan technique qu'économique. C'est pourquoi il n'existe pas de barrage type standard. De plus, certains sont formés par la juxtaposition de plusieurs structures différentes justifiées par des caractéristiques de sol de fondation particulières et aussi par des choix économiques. En se contentant de définir quelques grandes catégories, on peut commencer par classer les barrages en fonction du matériau qui les constitue. Aux barrages construits en matériaux durs (la maçonnerie autrefois, aujourd'hui le béton), on oppose les barrages en matériaux meubles (la terre, les enrochements).

Les premiers, en maçonnerie ou béton, autorisent des formes qui tiennent compte de la qualité du sol de fondation et de la forme de la vallée : I.3.1- Les barrages poids :

De forme massive et triangulaire, résistent à la poussée de l'eau grâce à leur poids. Un barrage poids (Fig I.1) est un barrage dont la propre masse suffit à s'opposer à la pression

exercée par l'eau. Ce sont des barrages souvent relativement épais, dont la forme est généralement simple « leur section s'apparente dans la plupart des cas à un triangle rectangle ». On compte deux grandes familles de barrages poids, les barrages poids-béton, et les barrages en remblais (ces derniers n'étant d'ailleurs généralement pas qualifiés de barrage-poids, mais de barrage en remblais).

Même si les barrages voûtes ou à contrefort nécessitent moins de matériaux que les barrages poids, ces derniers sont encore très utilisés de nos jours. Le barrage-poids en béton est choisi lorsque le rocher du site (vallée, rives) est suffisamment résistant pour supporter un tel ouvrage (sinon, on recourt aux barrages en remblais), et lorsque les conditions pour construire un barrage voûte ne sont pas réunies. Le choix de la technique est donc d'abord géologique : une assez bonne fondation rocheuse est nécessaire. Mais il faut également disposer des matériaux de construction (granulats, ciment) à proximité.

Figure I.1 : Barrage poids I.3.2- Les barrages voûtes :

De forme arquée, profitent de leur forme pour reporter la poussée de l'eau vers le rocher des rives.

La poussée de l’eau est reportée sur les flancs de la vallée au moyen d'un mur de béton arqué horizontalement, et parfois verticalement « on la qualifie alors de voûte à double courbure ».

La technique de barrage voûte (Fig I.2) nécessite une vallée plutôt étroite (même si des barrages voûtes ont été parfois construits dans des vallées assez larges, poussant cette technologie à ses limites) et un bon rocher de fondation. Même lorsque ces conditions sont


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réunies, le barrage-voûte est aujourd'hui souvent concurrencé par les barrages poids en béton ou le barrage en enrochements, dont la mise en œuvre peut être davantage mécanisée.

En raison du relativement faible volume de matériaux nécessaires, c'est évidemment une technique très satisfaisante économiquement.

On rencontre aussi des barrages avec plusieurs voûtes comme le barrage de l'Hongrin en Suisse.

Figure I.2 : Barrage voûte I.3.3- Les barrages à contreforts :

Sont constitués d'une série de murs « les contreforts » construits dans la vallée parallèlement à l'axe de la rivière, l'espace entre les contreforts étant bouché par une dalle en béton, une voûte…

Lorsque les appuis sont trop distants, ou lorsque le matériau local est tellement compact qu'une extraction s'avère presque impossible, la technique du barrage à contreforts permet de réaliser un barrage à grande économie de matériaux.

Le mur plat ou multi voûtes en béton s’appuie sur des contreforts en béton armé encastrés dans la fondation, qui reportent la poussée de l’eau sur les fondations inférieures et sur les rives.

Un des exemples le plus important de ce type est le barrage (Fig I.3) Daniel-Johnson au Québec, complété en 1968 dans le cadre du projet Manic-Outardes. Haut de 214 m et large de 1 312 m, le barrage, conçu par André Coyne, est soutenu par deux contreforts centraux écartés par 160 m à leur base. Les 13 voûtes latérales forment des demi-cylindres inclinés qui ont 76 m d'entraxe. Au-delà des considérations esthétiques, Hydro-Québec a choisi de construire un barrage en voûtes et contreforts pour des raisons économiques. Selon les études de conception, la construction de l'ouvrage a requis un peu plus de 2,2 millions de m³ de béton, soit cinq fois moins qu'un barrage poids.

Figure I.3 : Barrage à contreforts


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I.3.4- Les barrages mobiles : Sont des barrages poids construits dans les parties aval des rivières où les formes aplaties des

lits majeurs et l'importance des crues imposent la présence de vannes de très grandes dimensions et des dispositions spécifiques pour lutter contre les affouillements. Les barrages situés sur l'Isère à l'aval de Grenoble sont de ce type.

Le barrage mobile ou à niveau constant (Fig I.4), a une hauteur limitée, il est généralement édifié en aval du cours des rivières, de préférence à l’endroit où la pente est la plus faible. On utilise généralement ce type de barrage dans l’aménagement des estuaires et des deltas.

Figure I.4 : Barrage mobile

Selon le type de construction le barrage mobile peut être : • Le barrage à aiguilles : Le système consiste en un rideau de madriers mis verticalement côte à côte et barrant le lit du fleuve. • À effacement : sur le fond de la rivière (seuil) pour permettre l’écoulement total ou en position intermédiaire pour créer un déversoir. • À battant ou porte à axe vertical : comme le barrages moderne hollandais (Maeslantkering), ou les portes à la Léonard de Vinci fermant le port canal de Cesenatico pour empêcher les fortes marées d’envahir les terres. • Barrage mobile à gravité : d’un fonctionnement théoriquement très simple, la vanne à gravité ne comporte que peu d’éléments mécaniques. Il s’agit d’un battant, sorte d’enveloppe creuse articulée autour d’une charnière fixée sur un socle de béton. • Barrage mobile à clapets : d’un fonctionnement comparable au barrage à mobile à gravité ci-avant à la différence près qu'il est mû par deux vérins hydrauliques situés de part et d'autre du clapet. Il respecte parfaitement sa fonction, réguler l'écoulement de la rivière pour maintenir un niveau sensiblement constant dans le bief amont. I.3.5- Les barrages en terres

On appelle barrages en remblais tous les barrages construis avec des matériaux terreux. Cette catégorie de barrages regroupe plusieurs catégories différentes par les types de matériaux utilisés et la méthode employée pour assurer l’étanchéité. Ainsi les matériaux de construction peuvent avoir une granulométrie étendue avec une gamme de grains allant du très fins au grossier.

L’utilisation de matériaux locaux généralement bon marché surtout par une mécanisation presque totale des travaux, a au fils du temps imposé le type de barrage en terre comme la solution idéale.

L’utilisation des matériaux locaux généralement bon marché et leurs disponibilités à proximité du site fait que la solution barrage en remblais est intuitivement choisis par rapport aux autres types de barrages considérés rigides et s’adaptent difficilement aux assises non rocheuses.

Les barrages en terre compactés peuvent être divisés en trois principaux types :


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I.3.5.1- Les barrages en terre homogènes

Ils sont totalement construits avec un seul matériau qui est le plus souvent argileux remplissant simultanément les deux fonctions d’écran et de masse.

Ce matériau doit présenter des caractéristiques permettent de garantir une étanchéité suffisante et une stabilité du remblai.

Leur simplicité a permis de développer une technique de réalisation bien maîtrisée tout en assurant une grande sécurité, néanmoins ce type de barrage est surtout adopté pour la réalisation de retenue collinaires et de petits barrages.

Figure I.5 : Barrage en terre homogène

I.3.5.2- Les barrages en terre à noyau étanche

Dans le cas où la quantité des matériaux imperméables disponibles sur site est insuffisante pour réaliser tout le corps du barrage, on opte le plus souvent pour un ouvrage à zones avec un noyau en argile assurant l’étanchéité.

La stabilité du massif sera assurée par des zones perméables appelées recharges. Ces recharges peuvent être au nombre variables et disposées différemment d’un barrage à un autre en fonction de la nature du matériau et des conditions spécifiques à chaque barrage.

Ce type de barrages présente toutefois l’inconvénient d’une mise en œuvre plus compliquée et onéreuse surtout si la vallée est étroite et où le travail mécanisé devient plus compliqué. Un autre inconvénient, est la nécessité de séparer par des filtres de transition les différentes zones.

Par contre, pour les ouvrages importants, les matériaux grossiers de recharges sont plus résistants que les matériaux argileux, on peut donc construire des talus plus raides et on contrôle mieux les écoulements dans le corps du barrage. Notons que le noyau étanche peut être vertical ou incliné et parfois remplacé par un diaphragme en béton au ciment ou bitumineux.

Figure I.6 : Barrage a noyau étanche I.3.5.3- Les barrages en terre à masque amont

Les barrages en terre à masque sont des remblais perméables avec un écran imperméable appelé masque placé sur le parement amont.

Le corps du barrage est construit avec un matériau quelconque pour autant qu’il soit peu déformable et pouvant assurer la stabilité au glissement de l’ensemble de l’ouvrage.

Le masque qui assure l’étanchéité peut être

en béton, en produits bitumineux ou en géo membrane. La présence de ce masque sur le parement amont présente un double avantage de pouvoir faire des réparations en cas de dégradation du masque et de permettre de faire des vidanges rapides sans risque de glissements.

Figure I.7 : Barrage a masque amont


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I.4- L'utilisation des barrages Les barrages peuvent être construits pour plusieurs objectifs : • Produire de l'électricité à partir d'une énergie renouvelable, celle de l'eau, avec des usines hydroélectriques accolées au barrage ou situées plus bas dans la vallée et alimentées par des conduites forcées. Dans certains cas, comme à Grand'Maison, deux réservoirs fonctionnent par échange avec pompage ou turbinage, selon les heures et les besoins du réseau en électricité ; • Créer des réserves d'eau pour l'alimentation en eau potable des villes. L'eau peut également être nécessaire pour des besoins industriels. • Irriguer des zones agricoles ayant de gros besoins en eau lors des périodes sèches, même si cette utilisation est bien plus fréquente dans le sud-ouest de la France qu'en Rhône-Alpes. • Alimenter en eau les canaux, surtout dans le quart nord-est de la France. Les barrages destinés à cet usage sont parmi les plus vieux de France (barrage de Saint Ferréol mis en eau en 1675). • Maintenir dans les rivières un débit minimum suffisant lors des étiages, pour assurer à la fois une qualité écologique satisfaisante des rivières et permettre les prélèvements par pompage à l'aval (pour des besoins d'alimentation en eau, d'irrigation…). • Réduire l'effet des crues en retardant l'eau grâce au stockage dans la retenue qui se remplit pour la relâcher après le passage de la crue.

Certains de ces objectifs peuvent être complémentaires sur un même ouvrage. D'autres sont, a priori, opposés : il est, par exemple, impossible d'avoir en même temps une retenue pleine pour fournir une réserve d'eau potable mais aussi un retenue vide pour limiter au maximum l'impact des crues. Notamment, les barrages écrêteurs de crue sont des ouvrages conçus spécialement à cette fin avec des dispositions particulières de conception et d'exploitation. I.5- Définition du site :

Lorsqu’on envisage de construire un barrage, il importe avant tout de bien chercher l’endroit de leur emplacement, d’examiner les objectifs que devra satisfaire la retenue, et de dégager les impératifs qui en découlent pour les caractéristiques de l’ouvrage à concevoir et son emplacement.

On procède ensuite a la recherche d’un site apte à la réalisation d’un ouvrage répondant à ces caractéristiques, puis à l’étude de sa faisabilité sur ce site.

Ce choix de site est basé essentiellement sur de bonnes connaissances des conditions topographiques, géologiques, géotechniques et hydrauliques du site. I.6- Choix du Site de notre Barrage :

L’objectif à atteindre de notre barrage et de la retenue étant connus, il convient ensuit de chercher le site plus apte à satisfaire ces objectifs, le plus souvent la décision sur le choix du site nécessite une connaissance plus précise des caractéristique de chacun des emplacements présélectionnés.

Chaque site a des caractéristiques techniques propres, et pour faire le choix d’un tel site du barrage on distingue les différents critères suivants : � Garantir la demande en eau à crée par la retenue, choisir alors un site en conséquence. � Géologie d’éventuel emplacement du barrage et de la retenue. � Un resserrement de la gorge liant les deux rives souhaité, soit vallée étroite d’ou volume du

barrage minium. � Choisir l’emplacement rapproché des zones d’accès existantes, faciles pour éviter la création

d’autres voies importantes pour engin et main d’œuvre. � Un site convenant à l’emplacement des ouvrages annexes.


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� Pente de la cuvette nom relevée, celle-ci étant liées a la hauteur a fixer pour le barrage, pour satisfaire la capacité a créer.

� On examinera l’implantation des lieux habités a l’aval, et voies de communication.

I.7- Rupture des barrages en terre :

Une rupture de barrage est définie comme étant une destruction totale ou partielle de

l'ouvrage, de ses appuis ou de ses fondations le rendant complètement inopérant. Les constructions hydrauliques peuvent subir des accidents de rupture plus ou moins graves.

Le milieu naturel étant, d'une part, difficile à déterminer, les crues et les séismes qui sont des phénomènes aléatoires rendent difficile l'appréciation de leurs intensités extrêmes possibles sur la durée de vie des ouvrages.

D'autre part, les connaissances et les matériaux intervenant dans la construction des ouvrages demeurent imparfaits, malgré les progrès technologiques rapides en matière de conception et de réalisation de ces ouvrages survenus ces dernières décennies. Pour toutes ces raisons, il est facile de comprendre comment il y a eu ce nombre important de ruptures d'ouvrages et admettre aussi qu'il y en aura d'autres dans le futur.

I.8- Les causes d’accident :

Les causes de rupture d’ouvrage peuvent être de différents ordres.

I.8.1- Des problèmes techniques: Peuvent entraîner la rupture d’un ouvrage. Il peut s’agir d’un défaut de fonctionnement des

vannes permettant l’évacuation des crues ou bien d’un vice de conception, de construction ou de matériaux. Le type de barrage, les matériaux utilisés, la nature des fondations ainsi que l’âge de l’ouvrage vont avoir une influence sur l’apparition de ces problèmes.

Cependant, l’évolution des techniques de construction rend les barrages modernes beaucoup plus sûrs.

I.8.2- Des causes naturelles :

Peuvent également être à l’origine de rupture de barrage. Il en est ainsi des crues

exceptionnelles, d’intensité supérieure à celle retenue pour le dimensionnement des ouvrages évacuateurs, appelée crue de projet. Le niveau de sécurité retenu est généralement compris entre la crue millénaire et la crue déca millénaire. Les barrages en terre ne supportent pas la submersion et sont donc plus vulnérables aux débordements.

Les glissements de terrains, soit de l’ouvrage lui-même, soit des terrains entourant la retenue sont également une cause de rupture.

Enfin les séismes peuvent causer des dommages mineurs à ne pas négliger (déformations, tassements, fissures, etc.).

I.8.3- Des causes humaines :

Peuvent enfin être à l’origine d’accidents : études préalables pas assez approfondies, contrôle

d’exécution insuffisant, erreurs d’exploitation, défaut de surveillance et d’entretien ou encore actes de malveillance, sabotage, attentat, guerre.


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I.9- Les mécanismes de rupture des ouvrages en remblai : Le risque de rupture brusque et inopinée est considéré comme très faible, voire nul. La

situation de rupture paraît plutôt liée à une évolution plus ou moins rapide d’une dégradation de l’ouvrage susceptible d’être détectée par la surveillance et l’auscultation.

Pour les ouvrages hydrauliques en remblai, quatre mécanismes de rupture sont classiquement considérés : l’érosion externe, l’érosion interne, l’instabilité externe et la liquéfaction.

Figure I.8 : Mécanismes de rupture des ouvrages en remblai

I.9.1- L’érosion externe L’érosion externe est engendrée par des circulations d’eau, même peu importantes, sur la crête

des barrages. Le mécanisme d’érosion s’amorce à partir du bord aval de la crête et progresse jusqu’à ce qu’une brèche soit ouverte. Le phénomène peut durer quelques minutes à quelques heures selon la taille des matériaux, leur cohésion, le revêtement de la crête, la hauteur de l’eau qui s’écoule au-dessus du barrage.

Le mécanisme de rupture par érosion externe correspond à l’arrachement des particules

constituant la digue par le courant de la rivière qui peut éroder la digue jusqu’à sa rupture. D’autres phénomènes, tel que le ruissellement des eaux de pluies, peuvent également être à

l’origine de l’érosion externe. Les talus des digues côté fleuve, ainsi que ceux des berges qui parfois jouxtent directement la digue, subissent en crue les effets des courants hydrauliques qui peuvent provoquer des érosions à la base des talus. On distingue trois mécanismes d’érosion externe : • Le mécanisme d’affouillement. • Le mécanisme d’érosion externe lié au courant et aux chocs d’embâcles. • Le mécanisme de sur versé « du cours d’eau vers le val protégé ».

I.9.2- L’affouillement

L’affouillement correspond à l’érosion externe du pied de la berge, puis à l’érosion externe du

corps de digue si celle-ci est proche de la berge. C’est la vitesse importante de l’eau « aggravée éventuellement par la fragilité des berges, l’absence de protection ou d’ancrage des berges » qui provoquent l’érosion en pied.


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Figure I.9 : L’affouillement

Les facteurs de sensibilité au mécanisme d’affouillement sont de trois ordres : • La vitesse moyenne de l’eau le long du talus de digue. • Les perturbations hydrauliques locales. Ainsi des arbres, des piles ou toute construction sont la source de telles discontinuités hydrauliques. • La nature et état de la protection du talus de la digue côté fleuve. I.9.3- Courant et chocs de corps flottants

Le mécanisme d’érosion externe lié au courant et aux chocs de corps flottants est peu fréquent. Toutefois lors des crues, elles sont susceptibles d’êtres érodées par ce mécanisme, et ce même si les digues sont éloignées de la rivière.

I.9.4- La sur versé

La sur verse est un mécanisme de rupture par submersion : durant la crue, l’eau déborde et conduit généralement et rapidement à la brèche, par érosion régressive du talus côté val protégé, puis de la crête. L’érosion subie lors de la sur versé se déroule en deux phases : • Une phase d’érosion progressive : l’eau s’écoulant par dessus des digues, érode la digue. • Une phase de basculement : le profil en travers de la digue ne résiste plus à la poussée de l’eau.

I.9.5- Le glissement des talus : Il existe deux mécanismes de glissement : • Le glissement du talus côté aval, se produisant le plus souvent durant la crue ; • Le glissement du talus côté fleuve, se produisant lors de la décrue.

Figure I.10 : Glissement des talus

Chapitre : II Etude Géologique et topographique

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II.1- Topographie :

Lors de la préparation d’un inventaire de sites possibles des barrages dans la région, et sur la base des résultats géologiques et des conditions topographiques, un site est proposé sur l'axe I-I le plus technico économique et le plus stable, caractérisé par les cordonnées suivantes : X = 773,7 Km Lambert. Y = 354,65 Km Lambert. Z = 485 m NGA.

Un levé topographique de la cuvette et de l’emprise du barrage, une étude géologique de surface, une étude géotechnique simple, une évaluation des apports et des débits de crue à partir d’observations locales peuvent être indispensables. II.2- Caractéristiques du Site Choisi :

Le site de la retenue Halib est situe sur l’oued du même nom, est localisé dans la commune

d’Ain Sebt, daïra de Beni Aziz, wilaya de Setif, a une distance d’environ 8,5 Km a vol d’oiseau a l’Est de la ville de Beni Aziz et a environ 14 Km au Nord de la ville de Djamila.

A l’endroit choisi, le lit de l’oued a une largeur de 25m, les deux rives droite et gauche présentant des pentes assez accentuées avec un relief est montagneux.

Dans la cuvette du futur barrage la couverture végétale est constituée essentiellement de broussaille et la culture inhérente y est totalement céréalière, juste à l’aval du site existant des terres arables qui seront mise en valeur avec la construction du futur barrage.

Figure II.1 : Situation géographique du site de la retenue collinaire Helib


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II.3- Géologie :

L’étude géologiques du barrage sur l’Oued Halib de wilaya de Sétif est basée sur la recherche et l’exploitation de la documentation de la région, le levé géologique du site et sa retenue ainsi que les résultats de la reconnaissance géologique et géotechnique exécutés sur site et au laboratoire. Elle a pour but de répondre aux questions suivantes : • La stabilité et l’étanchéité des appuis. • L’étanchéité de la cuvette et la stabilité des versants. • De l’existence et des caractéristiques des matériaux nécessaires a la construction de la digue du barrage.

Pour la justification des activités à entreprendre et des ouvrages à projeter, on a

effectuée des prospections et des recherches géologiques pour donner la description géologique et hydrogéologique du site, et de la zone du réservoir, ainsi que pour s'assurer de la stabilité de la fondation et des versants et l'étanchéité de la cuvette, on a indiqué aussi des zones d'emprunt des matériaux de construction. II.4- Géologie Régionale :

La région d’Ain Sebt est dominée au Nord par les crêtes de la terminaison orientale des Bibans et par les masses calcaires des Djebels Guergour et Anini. Vers le Sud cet imposant ensemble montagneux se raccorde progressivement au domaine des hautes plaines Setifiennes. A l'Ouest les flysch kabyles déterminent les hauteurs de Ras El Reil qui dominent l'oued Chertioua. La moitié est de la zone est drainée par le Boussellam et par ses affluents. Le Boussellam traverse le massif du Djebel Guergour à la faveur de gorges qui débouchent au Hammam Guergour. Les communications avec le Nord se font par le couloir d'effondrement situé entre les Djebels Guergour et Anini. En dehors de ces deux massifs qui jouent le rôle d'autochtone relatif, le reste de la région est constitué d'un empilement d'unités allochtones, c'est sur ces formations que se sont installés principalement dans le quart sud est de la feuille, les dépôts Méo pliocène du Draa el Ragouba et du Draa el Dahlia.

En dehors des villages kabyles perchés sur les crêtes des Bibans, les agglomérations

sont rares et il est tout à fait significatif que le nom de la feuille soit celui de l'oued principal.

L'altitude moyenne est élevée et le caractère montagneux de cette région lui confère un

climat rude.

Du point de vue lithologique le bassin est constitué des alluvions récentes holocène ainsi que des alluvions anciennes pléistocène et du marne schistes de formation miocène, les alluvions récentes n'occupent que de très étroites surfaces, le long de l'oued principale de ces affluents, ils sont constitués essentiellement par des graviers et des limons fins légèrement sablonneux et argileux.


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Les alluvions anciens occupent de très larges surfaces et qui forment des terrasses situées de 20 à 40 mètre au-dessus du niveau actuel des oueds, ces terrasses anciennes sont plus nettement observables sur le bassin versant tributaire, des dépressions fermé du Nord, alluvion marneux altération superficielle de terrain marneux et schisteux masquant les affleurements plus au moins élevées sur les berges de quelques oueds, dans les dépressions de limons, graviers et sables puissante série des marnes en blocs de 0,2 à 5 mètres, jaunâtre avec rognons de calcaire passant en alternance à schistes argileux et argiles feuilletées gris foncées, les marnes dans quelques partie très dure mais en surface souvent lessivées. A- Stratigraphie : Q : Terre arables, formation de pente, alluvions anciennes et quaternaires indéterminé. Le terres arables sont installées sur des sols de type « sol brun », le plus souvent sans calcaire. Elles sont généralement utilisées pour la culture extensive du blé, mais l’érosion actuelle les ravine et les morcelle. Les alluvions anciennes se raccordent insensiblement à ces formations. Leur surface réduite et leur dispersion empêchent d’en saisir l’organisation.

Au quaternaire indéterminé sont rapportés les placages de nature variée qui se

développent largement sur les niveaux marneux et qui parfois les oblitèrent quasi complètement. C3-6 : Maestrichtien à paléocène marneux noirs. Cette formation semble être dépourvue de boules jaunes. Elle peut comporter de petits bancs de marno-calcaires en couches minces et a surfaces d’aspects noduleux. A : Alluvion actuelle et récente, sables, graviers, et limons sombres formant un mince ruban le long des principaux oueds, le plus souvent, ils confondent avec lit majeur des oueds. e4-5 : Yprésien-Lutécien inférieur. Calcaire massifs bitumés blancs a cassure noire et silex noirs : faciès a globigérines et a débris. Les faciès sont identiques à ceux de l’entité supérieure a matériel éocène avec une puissance tout a fait comparable. Les formations triasiques jalonnent les contacts anormaux et se présentent comme une écaille qui affecte la nappe de Djemila et qui fait chevaucher les masses carbonatées. Il s’agit de masses assez importantes B- Tectonique :

C’est une structure relativement simple car il s’agit d’une série a l’endroit affectée de

faibles replis, a vergence sud. Son aspect est particulièrement calme le long de l’oued Boussellam, au sud du Djebel Guergour. Il n’en est pas de même au sud a Ain Tagrout ou apparaissent des plis couchés qui redoublent les barres calcaires du Senonien.


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Figure II.2 : Géologie de la cuvette


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Figure II.3 : Géologie du site


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II.5- Géologie du Site :

Le site étudié se situe en générale sur des marnes en bancs et des schistes feuilletés, daté miocène, les sondages réalisés sur l'axe montrent l'existence des marnes avec présence des schistes argileux, l'épaisseur des alluvions sur la rive gauche sur l'emprise de la digue à été estimée d'environ 3 à 5 mètres et ils sont constitués par des limons sableux graveleux avec quelques galets.

L'épaisseur des alluvions dans l'axe de l'oued est estimée à une profondeur maximale

de 1 m, ils sont constitués par des galets et gros blocs emballés dans des produits d'altération des marnes et des schistes. II.6- Morphologie du site :

La vallée de l’oued Halib présente une forme n'est pas assez étroite et bien étendue, la

végétation n’est pas abondante que ce soit dans la vallée ou sur les versants d’où une érosion plus ou moins relative des berges de l’oued lors des crues.

La formation des alluvions essentiellement des galets hétérogènes sachant que le lit

mineur de l’oued n’est pas très large. Les terrains en dehors de la vallée sont jusqu'à une certaine mesure abrupte et recouverts de matériaux argilo-marneux. II.7- Niveau Phréatique :

La nappe phréatique n'a pas été observée sur les sondages, mais on a détecté une présence d'eau dans les fouilles N° 09 et 10 au dessous des alluvions dans l'axe de l'oued a une profondeur entre 0,5 et 1,0 mètre en fonction de la saison. II.8- Perméabilité :

De point de vu perméabilité, le problème ne se pose pas et il n'y a aucune recommandation à faire parce qu'il n'y a pas de probabilité de fuite vu la présence des formations marne en bancs et schistes feuillée presque en surface au niveau des alluvions de l'oued dont l'épaisseur à été estimée entre 1 et 5 m.

Pour réduire les infiltrations dans la couche alluvionnaire, on prévoie de prolonger le noyau d'agile sous la fondation du barrage jusqu'à la roche mère.

Les marnes qui constituent la roche mère sont stable mais, il faut veillez a ce que la para fouille soit refermée immédiatement pour éviter une altération par l'air des marnes. II.9- Séismicité :

D'après les données basées sur une étude sismologique expérimentale historique et géologique « Séismic Hazard Maning of Aléria, par Hartal et Shah Standford University juin 1973 », des cartes iso-accélération utilisant un model Bayesien pour des périodes de 1000,500 et 10 ans furent établies, notre site se situe sur la deuxième zone sismique d'une manière générale on peut dire que les épicentres des séismes Algériens jalonnent les principaux axes anticlinaux et que les séismes sont d'autant plus fréquents que les plissements sont plus récents.


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Les séismes Algériens peuvent atteindre une magnitude assez grande, et par

conséquent entraîner des dégâts catastrophiques, il convient cependant qu'administrateur et architectes aient l'attention attirée sur la sismicité afin de pouvoir dans les nouvelles constructions prendre toutes dispositions utiles.

Le CTC a établi récemment la carte des zones séismiques, notre site se situé dans la deuxième zone séismique qui correspond à une région de relativement forte sismicité.

Connaissant le groupe d’usage auquel appartient notre ouvrage « groupe 1B », on peut aisément déduire le coefficient d’accélération séismique dont il faut tenir compte dans les calculs relatifs à l’ouvrage. Selon le règlement parasismique Algérien de 1999 version 2003, le coefficient d’accélération séismique est de 0,20. II.10- Reconnaissance de terrain :

La zone des ouvrages et de la cuvette d’oued El Halib a fait l’objet de reconnaissance antérieurement. Toutefois les résultats de ces reconnaissances s’avèrent maigres voire introuvables.

A partir du catalogue des publications de l’office Nationale de la Géologie, on a pu

retrouver un minimum de documentation dont la carte géologique, ainsi que sa notice. Cette documentation a été nécessaire pour envisager les conditions minimums de

création d’une retenue et de la construction d’un barrage.

La zone d'implantation du bassin de l'oued Halib, a fait l'objet de reconnaissance destinées à définir l'emplacement le mieux approprié et type d'ouvrage. La reconnaissance a eu pour but d’étudier : • La constitution géologique du terrain. • Les caractéristiques géologiques et hydrogéologiques du terrain. • Les conditions de création et de construction d’un barrage. • Les possibilités de recherche de matériaux de construction nécessaires.

II.11- Matériaux de Construction :

Notre étude au niveau du site et de la cuvette nous a permit de préciser la nature, les caractéristiques et la configuration des terrains et de confirmer le volume disponible de matériaux, nos recherches se sont déroulées dans les alentours immédiats de la cuvette.

Onze puits tout autour du site et de deux sondages carottés sur l'axe de la retenue jusqu'à une profondeur de 30 mètres ainsi que deux fouilles sur l'axe de la digue et une sur l'axe de l'évacuateur.

Une compagne de mesures géotechniques a été effectuée sur ces échantillons par le laboratoire de LCTP « Laboratoire central des travaux publiques » unité de Djelfa. II.12- Zone D'emprunt :

Cette zone est constituée essentiellement par des alluvions récentes et des colluvions pléistocène qui sont répartis en deux secteurs dont les superficies : Secteur A : dépasse de 22 200 m2 Secteur B : approche de 33 800 m2


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Après décapage de la terre végétale d'une épaisseur maximale de 0.5 m et avec

l'exploitation moyenne de 3m, on aura finalement une réserve de 168000 m3. Les matériaux d'origine alluvionnaire et colluvionnaire sont constitués par des limons

argileux et des limons sableux graveleux. A/- Alluvions :

Les matériaux sont disponibles en qualité et quantité voulues dans la carrière. B/- Roches :

Les blocs disponibles repartis sur l'oued Helib prés de l'axe et aux alentours immédiats, peuvent être utilisés soit pour l'enrochement, soit pour Riprap.

Chapitre : III Etude Géotechnique

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III.1- Etude Géotechnique : Dans le but d’envisager les caractéristiques générales du terrain, pour la construction

du barrage et la création d’une retenue, à ce niveau d’étude, on a effectuées les reconnaissances géologiques sur le terrain et les essais de laboratoire selon le programme établi.

L’objectif des reconnaissances fut l’obtention des résultats pour les besoins de l’étude du choix du site d’implantation ainsi que du type d’ouvrage a adopté sur le terrain.

L'étude géologique ne permet pas de définir les caractéristiques de comportement mécaniques et hydrauliques des sols c'est à dire, leurs aptitudes à fournir les matériaux nécessaires a la construction de la digue ou à constituer des fondations suffisamment stables et imperméables, il importe donc de procéder a des essais mécaniques et des essais physiques

Des levés géologiques de la cuvette et de l’emprise du barrage ont été réalisés. Ils représentent la composition de la structure lithologique en surface, de la stabilité de l’érodabilité et l’estimation de l’étanchéité de la cuvette de la retenue par l’intermédiaire des fouilles visibles et de la nature du sol.

Les données obtenues ont servi tant a l’élaboration du programme de reconnaissance, a l’établissement de l’étude et a l’interprétation des relations géologiques, lithologiques, tectoniques et géotechniques.

III.2- Travaux de Reconnaissance de Terrain :

Les essais sur site ont consisté à l'exécution de onze puits tout autour du site et de deux

sondages carottés sur l'axe de la retenue jusqu'à une profondeur de 30 mètres ainsi que deux fouilles sur l'axe de la digue et une sur l'axe de l'évacuateur.

Nous pouvons dire que le substratum marneux se site entre 1 à 5 mètre au niveau de l'oued, on peut observer sur plusieurs endroits des marnes et des schistes affleurant dans le lit et les deux cotés de l'oued, donc; la digue prendra assise sur la roche mère après élimination et nettoyage de la couche superficielle. III.3- Essais au Laboratoire : Les essais caractéristiques réalisés • Analyse granulométrique pour la texture. • Poids spécifiques. • Teneur en eau et densité sèche, degré de saturation. • Limites d'Atterberg pour les limites de liquidité, de plasticité et l'indice de plasticité • Essai Proctor normal, pour la densité max. requise correspondant a une teneur en eau optimum définie par l'énergie de compactage. • Essai à l'Oedomètre pour la résistance à compression et au cisaillement. • Essai triaxial pour la détermination de l'angle de frottement interne, cohésion spécifique et éventuellement les contraintes normales et tangentielles admissibles. • Essai de perméabilité. • Essais chimiques : « Teneur en carbonates et valeur au bleu de méthylène ».


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III.4- Principe de chaque essai : III.4.1- L’essai d’analyse granulométrique :

L'essai consiste à classer les différents grains constituant l'échantillon en utilisant une série des tamis, emboîtées les uns sur les autres, dont les dimensions des ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en partie supérieur des tamis et le classement des grains s’obtient par vibration de la colonne de tamis.

Le principe de la sédimentométrie se base sur la loi de Stockes du mouvement d’une particule sphérique dans un liquide visqueux, la méthode d’essai consiste à étudier la décantation des particules fines du sol de dimension inférieur à 80 micron « environ 80 grammes de sol dans 2 litres d’eau ». Les particules les plus grosses descendent plus vite dans le liquide. III.4.2- Teneur en eau naturelle :

On détermine un coefficient d'absorption, qui est défini comme le rapport de l'augmentation de la masse de l'échantillon après imbibition par l’eau, a la masse sèche de l'échantillon. III.4.3- Masse volumique :

Il consiste à déterminer sa densité a l’état naturelle « en présence des pores » avec la quelle on peut calculer la porosité et la compacité du matériau. III.4.4- Essai Proctor :

L’échantillon de sol est compacté par couches successives dans un moule Proctor cylindrique normalisé, en adoptant diverses valeurs de teneur en eau. Le compactage est effectué à l'aide d'une dame normalisée soit sur une machine automatique soit manuellement. III.4.5- Essai triaxial :

L'essai de compression triaxiale est effectué à l'aide d'une cellule triaxiale en acier inoxydable. Le dispositif doit permettre la mesure de la quantité de fluide drainé afin de contrôler la variation volumétrique, et peut également être équipé d'un capteur de pression pour mesurer la pression interstitielle. L'éprouvette est recouverte d'une membrane imperméable avant d'être montée dans la cellule triaxiale. Une fois l'éprouvette montée, la cellule est remplie du liquide de confinement (de l'eau ou de l'huile hydraulique). Ce dispositif est ensuite placé entre les deux plateaux de la presse et branché à l'air afin de consolider l'échantillon à la pression de confinement souhaitée. Lorsque la variation volumétrique de l'échantillon est stable, l'échantillon a été consolidé et on applique une charge déviatorique au piston de la cellule triaxiale pour cisailler l'éprouvette jusqu'à la rupture III.4.6- Essai a l’Oedomètre :

L’essai s’effectue sur une éprouvette de matériau placée dans une enceinte cylindrique rigide « odomètre ».

Un dispositif applique sur cette éprouvette un effort axial vertical, l’éprouvette étant drainée en haut et en bas est maintenue saturée pendant l'essai.

La charge est appliquée par paliers maintenus constants successivement croissants et décroissants suivant un programme défini.


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Les variations de hauteur de l'éprouvette sont mesurées pendant l'essai en fonction de la durée d'application de la charge. III.4.7- Essai de carbonate (CaCo3) :

On utilise la propriété du carbonate de calcium à se décomposer sous l'action d'un acide « acide chlorhydrique, HCI, dans le cas présent » en H20 et CO2. Le volume de CO2 dégagé est mesuré dans un tube gradué étanche, par la variation de niveau d'une colonne d'eau.

La réaction est la suivante :

22213 2 CaClOHCOHCCaCO ++⇒+ Une molécule-gramme de CaCO3 (100 g) donne 22,4 l de CO2 à pression normale et

0°C. Dans les mêmes conditions, 1 litre de gaz carbonique est engendré par 45 g de CaCO3 « règle de 3 ». On en déduit que 100 ml de CO2 sont fournis par 0,45 g de CaCO3, ce qui permet de calculer toutes teneurs en CaCO3 par rapport au volume de gaz, pour autant que l'appareil ait été étalonné en fonction de la température et de la pression ambiante.

III.4.8- Essai limite d’Atterberg :

La consistance d'un sol varie en fonction de la teneur en eau. Selon la teneur en argile et sable, le sol absorbera plus ou moins vite l'eau ajouté.

Le sol passera successivement de / 'état solide à l’état plastique puis liquide.

III.5- Résultats des Essais « in Lab. » : Les différents essais de laboratoire ont été effectués aussi bien sur les prélèvements

des puits que sur les échantillons paraffinés des sondages III.6- Résultats des Prélèvements des Puits. o Granulométrie :

D'après l'étude des courbes granulométries, le sol est constitué d'une majorité d'élément fin, le pourcentage des inférieurs à 0.08 mm étant égal a 64%

o Limites d'Atterberg :

La limite de liquidité varie entre 41% (P4) et 25 % (P6) la moyenne étant de 32.6 %, la limite de plasticité varie entre 19 ,6% (P4) et 12,7% (P6) la moyenne étant de 16,4%, L'indice de plasticité varie entre 21,8 % (P1) et 11,4% (P3) la moyenne étant de 16,2%. L'indice de consistance est toujours supérieur à 1.

o Essais D'identification :

La densité sèche moyenne est égale à 1,6 t/m pour une teneur en eau moyenne de 11,9 %. Le poids spécifique moyen est égal à 2,4 t/m3

o Essai Proctor :

D'après les essais Proctor la densité maximal varie entre 1,73 (Pl) et 1.86 t/m3 (P3), la moyenne étant égale à 1.81 t/m3. La teneur en eau optimum varie entre 11,9% (P6) et 16,5% (P1) pour une moyenne de 14%.


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o Essais chimiques : Les analyses chimiques réalisées sur le sol ne présentant aucun risque d’agressivité, la

teneur en carbonates de calcium CaCo3 confirme la nature argileuse. Tab III.1 : Caractéristiques chimiques des fouilles

Pourcentage Composants

P1 et P3 P4 P6 Sulfates « CaSO4 » 00.99 17.02 Traces Chlorures « NaCL » 25.86 01.64 01.29 Carbonates « CaCO3 » 11.38 43.10 89.66

III.7- Résultats de Prélèvement des Sondages : o Sondage S1 A/- Limon argileux graveleux avec débris de marne « de 0,3 à 2,0m » dont la limite de liquidité est égale à 44.4% pour un indice de plasticité de 27.1, donc c'est un sol peu plastique, la densité sèche moyenne est égale à 1,46 t/m3 pour une teneur en eau de 23.7% et un degré de saturation égale à 75.6 %. B/- Marne argileuse jaunâtre « de 2,0 à 7,0 m », sa limite de liquidité est de 32,8% pour un indice de plasticité de 13,4 donne un sol peut plastique, la densité sèche moyenne est de 1,5 t/m3 pour une teneur en eau de 12% et un degré de saturation égale à 40,3 % et un poids spécifique de 2,25 t/m3. C/- Marne jaunâtre « de 7,0 à 28,0m », dans cette couche la limite de liquidité est égale à 67,5% pour un indice de plasticité de 35,5 qui est un sol très plastique, la densité sèche moyenne est égale à 1,86 t/m pour une teneur en eau de 15,4% le degré de saturation est 91,7% avec un poids spécifique de 2,28t/m3 o Sondage S3

Schiste argileux noirâtre « de 27,0 à 30,0 m » c'est un sol très fin vu sa granulométrie, Sa limite de liquidité est égale à 60,6% pour un indice de plasticité de 32,6, alors c'est un sol très plastique, sa densité sèche moyenne est égale à 1,88 t/m3 pour une teneur en eau de 15,3% le degré de saturation est égale à 94,6% avec un poids spécifique de 2,17 t/m3. III.8- Interprétation des résultats : III.8.1- Perméabilité :

La valeur de perméabilité au niveau des sondages relève une fondation imperméable. Par mesure de sécurité la clé d’étanchéité de la digue aura une profondeur de 2m de

profondeur elle sera ancrée dans le substratum. Cet ancrage sera de 0.5 m dans la roche mère.


26

III.8.2- Stabilité des versants :

D’un point de vue géomorphologique, a l’endroit ou l’ouvrage est prévu, a une forme presque triangulaire assez ouvert. La pente des deux rives est relativement abrupte.

Ces rives peuvent supporter un barrage en terre ou mixte sachant que le poids du remblai sur les rives ne sera pas aussi important que dans l’oued.

Il est recommandé de décaper la couche superficielle sur une épaisseur de 30 cm « terre végétale ». Le décapage concernera l’emprise du barrage. III.8.3- Caractéristiques de la cuvette :

La cuvette de l’oued Halib, plus ou moins large et relativement peu longue dans l’ensemble ne représente pas une probabilité de fuite vers les bassins voisins ou sous la cuvette sachant que le matériau de recouvrement est constitué principalement d’argiles non compressible.

De même, il n’existe pas de failles, le long de l’oued Halib qui pourraient présenter un moyen de vidange de la cuvette en observant la carte géologique de Djamila 1/50.000em. III.9- Conclusion :

Le problème de perméabilité de la cuvette vers les bassins voisins est à écarter, ainsi

qu'en fondation vu la présence de la roche mère « marne jaunâtre très solide ». Le barrage doit ou peut être projeté en type de terre compactée vu la disponibilité des

matériaux de construction en qualité et en quantité suffisante en amont de l'ouvrage en deux secteurs dans la cuvette.

Nous avons constaté a l'issue de l'étude géotechnique que : � Les différentes fouilles sont caractérisées par la bonne qualité des matériaux, c'est pour quoi elles peuvent être utilisées comme zone d'emprunt. � Les sondages pénètrent directement dans des couches imperméables très importantes « marnes ou schistes ». Les couches perméables n'étant présentes que les deux premiers mètres du sondage S1.

Le barrage à projeter sera de type a zones avec a un drain tapis en tenant compte de toutes les caractéristiques du sol de la fondation, des matériaux de construction existant au voisinage du site et de l’aspect économique.

Au niveau de l’oued, la roche mère qui est représentée par des argiles marneuses affleure à certains endroits à même le sol. Une clé d’ancrage de 2 m est largement suffisante. Un décapage de 30 cm doit être prévu sur toute l’emprise de la digue. La rive droite est favorable pour l’implantation de l’évacuateur de crues.

Avant d’utiliser les matériaux de construction, il est impératif d’entreprendre un décapage d’au moins 30 cm pour éliminer la partie altérée.

En conclusion, on peut affirmer qu’il n’existe pas de problèmes majeurs pouvant entraver la construction du barrage sur Oued Halib.


27


28


29

Etude : Barrage sur l’oued Helib Lieu : wilaya de Setif Sondage : S 1

WL IP γd W% Degré de saturation

(%) 00.00 00.30

Terre végétale

02.00

Limon argileux graveleux 44,4 27,1 1,46 23,7 75,6

07.00

Marne argileuse jaunâtre 32,8 13,4 1,5 12,0 40,3

28.00

Marne jaunâtre 67,5 35,5 1,86 15,4 91,7


30

Etude : Barrage sur l’oued Helib Lieu : wilaya de Setif Sondage : S 3

WL IP γd W% Degré de saturation

(%) 00.00 00.30

Terre végétale

27.00

Marne jaunâtre 67,5 35,5 1,86 15,4 91,7

30.00 Schiste argileuse noirâtre 60,6 32,6 1,88 15,3 94,6

Chapitre : IV Etude Hydrologique

31

IV.1- Introduction : L'étude hydrologique pour la réalisation d'un ouvrage hydrotechnique révèle une

importance considérable. Le but est de mettre en évidence les paramètres hydrologiques de l'oued tels que les débits des crues, les apports du bassin versant « apports liquides et solides » qui constituent la base de dimensionnement des ouvrages constituant l'aménagement.

Celle ci a pour but de déterminer les caractéristiques hydrologiques essentielles nécessaires à l’étude hydrotechnique prochaine de l’aménagement d’une retenue collinaire sur l’oued Halib, commune de Beni Aziz. Les caractéristiques essentielles suscitées sont en l’occurrence : • Les caractéristiques physiques et hydrographiques. • Les précipitations. • Les apports liquides. • Les crues et leurs caractéristiques. • Les Apports solides. L’étude du cycle dans la nature à une grande importance, car le dimensionnement, la sécurité et la bonne exploitation des ouvrages hydrotechniques sont liées aux paramètres hydrologiques.

IV.2- Caractéristiques climatique Le climat de la région est caractérisé par un été sec et un hiver relativement humide. A

défaut de la station climatologique située dans la zone d'étude du site d'oued Helib, le climat est donc décrit grâce aux observations des stations climatologiques avoisinantes. L’altitude et le relief étant les facteurs qui influent sur la climatologie et en particulier la première cité.

La station de Setif est la seule qui soit représentative concernant les valeurs de température et d’évaporation « station communiquée par l’office nationale de la météorologie ».

IV.2.1- Evaporation : La valeur de 1230mm pour l'évaporation totale sur nappe d'eau libre au niveau de la

cuvette est ainsi retenue comme valeur représentative. La répartition mensuelle de l'évaporation évaluée en pourcentage de la valeur annuelle

est définie comme suite:

Tableau IV.1 : Répartition mensuelle de l'évaporation. Mois J F M A M J J A S O N D Année EV(mm) 26 40 64 100 133 172 221 198 122 80 46 28 1230 EV(%) 2.1 3.25 5.2 8.13 10.8 14 18 16.1 9.9 6.5 3.74 2.28 100

IV.2.2- Température : La température moyenne annuelle et sa répartition durant l'année ont été estimées à

partir de séries observées sur les stations voisines, du fait de la similarité des conditions climatiques, il a été retenu celles de la station climatique de Sétif, le tableau suivant représente la répartition moyenne mensuelle :

Tableau IV.2 : Répartition mensuelle de la température. Mois J F M A M J J A S O N D Moy T (°C) 5 5 9 12 16 23 26 27 24 16 10 6 14.9


32

Sur la base des données observées dans les stations climatologiques correspondantes formant un périmètre incluant notre zone d’étude, on peut considérer que la valeur de 14.9°C représentant ainsi la température moyenne au site Oued Helib.

D'après le tableau on considère que les mois les plus chauds sont les mois d'été durant lesquelles les températures dépassent les 20°C, et les plus froides pendant lesquelles la température est inférieure à 10°C, se prolonge de décembre vers mai.

IV.2.3- Humidité relative : La répartition mensuelle de l'humidité relative est donnée par le tableau suivant :

Tableau IV.3 : Répartition mensuelle de l'humidité relative Mois J F M A M J J A S O N D L'humidité relative (%) 78 71 65 61 41 37 47 62 68 68 71 75 La valeur de l'humidité moyenne annuelle est de l'ordre de 62%.

IV.2.4- Tension de vapeur : La répartition mensuelle de la tension de vapeur est donnée par le tableau suivant:

Tableau IV.4 : Répartition mensuelle de la tension de vapeur. Mois J F M A M J J A S O N D Tension de vapeur (mb) 7.1 7.9 8 9.8 11.5 13 14.7 15.5 13 12.4 8.6 7 La tension suit la même tendance que l'humidité relative, elle passe de 7 mb en janvier à 15.5mb au mois d'août.

IV.2.5- Vitesse de vent :

Tableau IV.5 : Répartition mensuelle de la vitesse de vent. Mois J F M A M J J A S O N D Vitesse de vent (m/s) 2.4 2.5 2.7 3 3.4 3 3 2.8 2.6 2.5 2.1 2.6

Les vitesses moyennes mensuelles varient de 2.1 à 3.4 m/s, elles peuvent ce pendant être altérées par le relief environnant.

IV.2.6- Pluviométrie: Les précipitations étant la source principale de l'approvisionnement de l'oued Helib, le

régime hydrologique dans le bassin versant est directement lié à ces précipitations essentiellement constituées de pluies.

IV.3- Caractéristiques morphologiques du Bassin Versant : L’utilisation des différents types de paramètres morphométriques à pour but la

quantification des factures caractéristiques de milieu physique d’un bassin versant. Les travaux effectués sur les cartes d’état major de Tamesguida et de Djemila à

l’échelle 1/50000 em ont permet de délimiter le bassin versant de site l’oued Halib.

IV.31- Superficie de Bassin Versant : obtenue par planimétrage : S = 138 km². IV.3.2- Périmètre de Bassin Versant : obtenue par curvimétrage : P = 58,4 km.

IV.3.3- Indice de Graveluis, ou Coefficient de forme : Cet indice représente le rapport du périmètre de bassin versant sur le périmètre d’un

cercle ayant la même surface que le bassin défini par la relation :

S

P28.0K c =

Kc = 1,39 Selon la valeur de Kc on peut dire que notre bassin est allongé.


33

IV.3.4- Temps de concentration : C’est le temps que met une particule d’eau provenant de la partie du bassin la plus

éloignée pour arriver à l’exutoire. Il peut être calculé par plusieurs formules, entre autres :

1. Formule de GIANDOTTI :

min8.0

5.14

HH

LST

moy

C −+=

L : longueur du talweg principale en km. Hmoy , Hmin : respectivement la hauteur moyenne et minimale du B.V en m.

2. Formule de KRIPICH : 385.077.06615.0 −= gTC ILT

Ig : indice de pente globale L T : longueur du talweg principale en km.

3. Formule anonyme : 75.0

=

g

TC I

SLT

Les résultats obtenus sont portés dans le tableau suivant :

Tab IV.6 : Calcule du temps de concentration

N° Auteurs Tc ( h ) 1 Giandotti 3.33 2 Kripich 2.31 3 Anonyme 7.18

moyenne 4.27 Pour des raisons de sécurité, on opte à la formule de Giandotti car elle nous donne une

valeur du temps de concentration la plus proche de la moyenne des autres formules, c’est à dire que Tc = 3h.

IV.3.5- Vitesse de Ruissellement : Cette vitesse est donnée par la formule

C

Tr T

LV =

LT : longueur de talweg principal en km. D’où : Vr = 6,20 km/h.

IV.4- Pluviométrie du Bassin Versant : Il sera nécessaire d’étudier et de déterminer tout d’abord les caractéristiques

pluviométriques du bassin versant et leurs répartitions statistiques dans le temps sur le bassin.

Les données pluviométriques disponibles dans la région ont été sélectionnées à partir du réseau d’observations de l’Agence Nationale des Ressources Hydrique « ANRH ».

IV.4.1- Apports Liquides : L’écoulement moyen annuel est une notion fondamentale en hydrologie : C’est le

volume d’eau écoulé à l’issue d’un bassin. L’oued Halib étant dépourvu de station hydrométrique, de plus, l’analyse du réseau

d’observations de la région d’étude et ses environs ne permis pas de mettre en évidence


34

une station hydrométrique analogue dont le bassin versant serait géo morphologiquement similaire au bassin versant de l’oued halib, l’analogie proprement dite ne peut donc être effectuée.

Pour cela, l’estimation des paramètres hydrologiques nécessaires au dimensionnement des ouvrages s’est faite suivant l’approche par les formules empiriques.

- Formule de Samie-I- ( )SPLe 2.22932 −= Avec A0 = Le S

A0 : apport interannuel en (hm³). Le : lame d’eau écoulée en (mm).

- Formule de Dery-I- 842.0684.2

0 915.0 SPA =

- Formule de Medinger : ( )226.0024.1 −= PLe

Les résultats sont récapitulés dans le tableau suivant : Tab IV.7 : Calcul de l’Apport moyen interannuel.

Formules A0 (hm3) L e (mm) SAMIE-I 2,76 13,20 DERY-I 1,82 10,09 MEDINGER 3,18 16,04

Moyenne : 2,59 13,11 Donc, on choisie la formule qui donne des résultats les plus proches des moyennes, c’est à dire la formule de Samie I dont l’apport moyen interannuels est de 2,76 106 m3.

IV.4.2- Transport solide : Les apports solides dépendent de l’entendue du relief du bassin versant, de la nature

géologique des sols et de leur résistance à l’érosion, liée elle même à la couverture végétale, au régime des pluies et des températures.

IV.5- Etude des Crues : Du point de vue pratique, le dimensionnement de certains ouvrages hydro-techniques

et plus particulièrement le dimensionnement de l’évacuateur de crue est essentiellement fondé sur l’estimation des caractéristiques importantes de la crue, à savoir : • Le débit maximum. • Le volume de la crue. • L’hydrogramme de la crue. Pour cela, nous utilisons plusieurs méthodes pour donner un ordre de grandeur des crues qui peuvent se produire dans le bassin.

� Formule de MALLET GAUTIER : Cette formule est utilisée généralement en cas d’absence des données hydrométriques.

( ) STL

SAPKQP loglog411log2% −++=

T : période de retour en années. L : longueur du talweg principal en (Km) P : pluie moyenne interannuelle en (m). A : coefficient régional pris égale à 25. K : constante qui dépend des caractéristiques du bassin versant pris égale à 2.


35

� Formule de SOKOLOVSKY : Cette formule est basée pour la détermination des crues, à partir des pluies maximales journalières.

c

TCP t

FSPQ

α28.0% =

F : coefficient de forme hydrographique f

F34

12

+=

ƒ : paramètre dépend des caractéristique du B.V, on prend ƒ =3 α : Coefficient de ruissellement en fonction de la fréquence. Ptc : quantité de pluie pour une fréquence donnée.

� Formule de TURAZZA :

6.3%

SIQ t

P

α=

α : Coefficient de ruissellement en fonction de la fréquence. I t : intensité de pluie fréquentielle en (mm/h). Les résultats sont donnés dans le tableau suivant :

Tab IV.8 : Calcul des débits de crues Qp% « m3/s » Période de Retour

« an » Mallet Gautier Sokolovsky Turazza 20 229,01 171,84 189,52 50 270,15 208,38 221,39 100 297,52 261,96 273,70

En vue de comparaison entre les trois méthodes de calcul de débit de crue fréquentiel, nous pouvant faire les constatations suivantes :

La formule de Sokolovsky tient compte des paramètres topographiques, climatiques et hydrologiques, par contre la formule de Mallet Gautier ne tient pas compte de ces éléments les plus importants pour le calcul des crues.

On peut remarquer aussi que la méthode de Turazza ne teint pas compte des éléments topographiques.

C’est pour cette raison qu’on a adopté la méthode de Sokolovsky qui prend en considération les caractéristiques importantes du bassin versant.

IV.6- Etude de Régularisation : La retenue du barrage sur l’oued Helib régularisera les apports de l’oued dans le but de

la satisfaction des besoins en irrigation. Ce rapport a pour but de déterminer le niveau normal de la retenue ainsi que le

dimensionnement de l’ouvrage. La régularisation doit faire un rapport entre le volume demandé et celui qui peut être stocké dans la retenue en tenant compte des pertes.

IV.6.1- Répartition intra-annuelle des Apports : Cette dernière à été établie à l’aide de l’équation:

mensemens PSCA ..= Amens : apport liquide mensuel en Hm3. Pmens : pluie mensuelle en mm. Ce : coefficient d’écoulement.

PLC e

e =


36

Le : lame d’eau écoulée en mm. P : précipitation moyenne interannuelle.

Tab IV.9 : Répartition interannuelle des apports liquides. Mois V X XI XII I II III IV V VI VII VIII

Amens (Hm3) 0,169 0,199 0,187 0,180 0,288 0,270 0,351 0,267 0,264 0,140 0,063 0,060 Amens (%) 6,9 8,13 7,63 7,33 11,74 11,02 14,31 10,91 10,78 5,71 2,56 2,45

IV.6.2- Calcul de la Capacité de la Retenue: Les différentes côtes correspondantes aux divers volumes de la retenue sont

déterminées après l’élaboration du tableau de la régularisation saisonnière. Le volume d’eau au niveau normal de la retenue est de 1118,12.103m3 correspondant à

une côte de 1043 m.

IV.7- Laminage des Crues : Le calcul de laminage a pour but de dimensionner la largeur du déversoir, ainsi que le

niveau forcée des eaux « NPHE », qui dépend de la capacité de l’évacuateur de crue. Cet ouvrage est prévu pour évacuer les crues maximales sans risque de dommage pour

la digue. Le choix de largeur de déversoir doit être fiable et économique tout en utilisant

plusieurs méthodes parmi lesquelles on peut citer la méthode de Kotcherine qui est une méthode grapho-analytique. se basant sur les principes suivants : • Le laminage commence avec le remplissage de la cuvette au NNR. • Les pertes par infiltration et évaporation sont négligées au moment de la crue. • Les débits transitant par l’évacuateur de crue se déversant selon une fonction linéaire. Le débit d’évacuation est calculé d’après la formule :

2/32 HgmbQ = m : coefficient de débit dépend de la forme de déversoir m=0,48. b : largeur du déversoir en m. H : charge d’eau sur le déversoir dépend de la vitesse d’approche d’eau.

g

VHH

2

20

0

α+=

V0: vitesse d’approche d’eau.

SQV =0

Pour une largeur du déversoir de 20 m correspondant à un débit laminé Ql = 225 m3/s et une charge H = 2 m.

Tab IV.10 : Les principaux exposants du barrage.

Dénomination Unité Quantité Côte NVM m 490,00 Côte NNR m 499,00 Côte NPHE m 501,00 Volume au NVM 103 m3 292,43 Volume au NNR 103 m3 1118,12 Volume au NPHE 103 m3 1548,12 Volume utile 103 m3 825,69 Volume chargé 103 m3 430

Chapitre : V Dimensionnement de la digue

37

V.1- Généralités : Les barrages en terre peuvent être constitués par des matériaux de caractéristique très

diverses, à la différence des barrages en béton ou même en enrochement dont les matériaux constitutifs restant contenus dans des fourchettes beaucoup plus étroites.

Le terme « terre » couvre donc tout une gamme de matériaux allant de l’argile pure très fine à des éléments très grossiers, dans certains cas même, on utilise des roches altérées facilement compactables, tel que des latérites, des schistes et grès tendres …etc.

Le choix du type de barrage se fait en fonction des caractéristiques locales, en particulier de la nature du sol de fondation et de la forme de la vallée, des problèmes de transport et d’approvisionnement, de disponibilité en matériel et en main d’œuvre, de l’extraction des matériaux de constructions des zones d’emprunts ainsi que des conditions économiques.

La construction de la digue en matériaux disponibles aux environs du site de la retenue est un objet de première importance, la variante en béton est moins avantageuse du fait de la disponibilité des matériaux locaux a proximité du site, ainsi que le choix de la gorge qui nécessitera un volume en béton assez important. V.2- Choix de variante de digue :

Vue la présence des matériaux de construction de bonne qualité, et vue les quantités limites au niveau des zones d’emprunts, et d’après les conditions suivantes : • La quantité du limon argileux disponible au niveau de la zone d’emprunt est insuffisante pour la réalisation d’un barrage homogène. • La construction d’un barrage homogène en limon sableux graveleux est moins étanche par rapport à un barrage zoné de noyau en limon argileux et des recharges en limon sableux graveleux.

Donc on prévoit un barrage zoné constitué d’un noyau central de limon argileux et que les recharges sont en limon sableux graveleux. V.3- Conception de la digue : V.3.1- Hauteur du barrage : La hauteur du barrage peut ce formuler de la façon suivante

RCCH fPHEB +−=

Hb : hauteur du barrage en m CPHE : côte des plus hautes eaux en « m NGA » Cf : côte du fond « 485,00 m NGA » R : la revanche en m V.3.1.1- Calcul de la revanche :

La revanche est une tranche comprise entre la côte des plus hautes eaux et la crête du barrage, c’est une marge de sécurité contre la submersion de la digue due aux effets de déferlement des vagues pendant les grandes tempêtes.

La revanche est fonction de la hauteur et la vitesse de propagation des vagues, dans notre cas prenant une revanche d’un mètre, d’où la hauteur de barrage est de 18 m. V.3.1.2- Côte en crête du barrage : La côte en crête du barrage est déterminée par la relation suivante :

RCC PHEr += On trouve : 503=rC m NGA.


38

V.3-2-Largeur en crête : La largeur en crête d’un barrage doit être suffisante pour permettre la circulation des

engins lors de la mise en œuvre de l’ouvrage et ultérieurement pour son entretien, elle doit également protéger le barrage contre tout risque de submersion par les vagues, sur tout lorsque la retenue est pleine.

Elle est fonction de la hauteur du barrage, la largeur en crête peut être évaluée par les formules suivantes : • Formule De T.T.Knapen : 5.0.65,1 bcr Hb =

• Formule de E.F.Preece : 1.1,1 5.0 += bcr Hb

• Formule simplifiée : 3.6,3 5.0 −= bcr Hb Pour une hauteur du barrage de 18 m les résultats sont donnés dans le tableau suivant :

Tab : V.1- calcul de largeur en crête. Formules crb (m)

T.T.Knapen 7 E.F.Preece 5,68 Simplifie 12,27

On opte a la formule qui nous donne le résultat la plus proche de la moyenne c’est à dire la formule de T.T.Knapen d’une largeur en crête normalisé de 7,00 mètre.

V.3.3- Longueur en crête : La longueur en crête mesurée à partir du plan d’ensemble des ouvrages, par rapport à

l’axe défini de la digue, cette longueur est de Lcr = 187 m.

V.3.4- Les Pentes des talus : Le choix des pentes des talus amants et aval est en fonction des matériaux utilisés et

leurs caractéristiques, ainsi que la hauteur du barrage, elles sont corrigées si nécessaire lors de l’étude de stabilité, les pentes des talus doivent assurer la stabilité statique de ces talus, on peut les prendre d’après le tableau ci après : « Source : Technique des barrages en aménagement rural ».

Tab: V.2- Pentes des talus en fonction de la hauteur et le type du barrage Pentes des talus Hauteur du

barrage (m) Type du barrage

Amant Aval

< 5 Homogène A zones

1/2.5 1/2

1/2 1/2

5 à 10 Homogène à granulométrie étendue Homogène à grande % d’argile A zones

1/2 1/2.5 1/2

1/2 1/2.5 1/2.5

10 à 20 Homogène à granulométrie étendue Homogène à grande % d’argile A zones

1 /2.5 1/3 1/2

1/2.5 1/2.5 1/3

Pour un barrage zoné d’une hauteur de 18 m, on prend les pentes des talus amont m1 = 2 et aval m2 = 3.

V.3.5- Protection des Talus : Les talus sont susceptibles a plusieurs dangers, la protection de ces talus contre les

risques d’érosion causes par l’action permanente des vagues, de ruissellements et par le vent est indispensable.


39

V.3.5.1- Talus Amont : Pour protéger le parement amont contre le déferlement des vagues ainsi que les

averses violentes on prévoit un revêtement de protection en enrochement en vrac, car elle présente l’avantage d’être réalisable dans un temps relativement court avec un prix faible. Les enrochements auront un avantage de stabilité du talus amont en particulier en cas de vidange rapide.

Le diamètre moyen de la pierre réduite en une sphère est : 3

1

.524,0

=

pp

QD

γ

D p : diamètre moyen de la pierre en m. γ p : poids volumique de la pierre γ p = 25 kn/m3 Q : poids d’une pierre séparée en Kn, calculé par l’expression suivante.

21

3

2

11

.524,0

m

hQ

w

p

p

+

−

=

γγ

λγ

γw : poids volumique de l’eau, γ w =10 Kn/m3. h : hauteur des vagues en m. λ : Longueur d’onde de la vague en m. Selon Labzovski :

0.hh β=

0.λαλ =

α, β : Coefficient fonction de « h0, λ0 » tirée du graphe abaque 1 voire annexe h0, λ0 : longueur calculer en eau profonde, ces expression sont données par :

ξλ

ξ

FV

fVkh

..073,0

....073,0

0

0

=

=

k , ξ : coefficient d’intensité d’accroissement de la vague donnée par les relation :

V

VF

e

ek

14

.44,0

.91

9

1

1

−

−

+=

+=

ξ

F : longueur du Fetch en Km. Tab : V.3- détermination de la protection des talus

Formule Unité Résultats ξ K h0 λ0 h0 /λ0 β = ƒ (h0, λ0) α = ƒ (h0, λ0) h = β ho λ = α λ0 Q Dp Ep

- - m m - - - m m

KN m

Cm

0.05 1.99 7.27 1.18 6.16 0.64 0.53 3.84 0.76 0.13 0.2 50


40

V.3.5.2- Talus Aval : Le revêtement du talus aval à pour rôle la protection contre l’effet des actions

atmosphérique, ce sont essentiellement les précipitations qui peuvent provoquer l’affouillement du talus, et les températures élevées qui peuvent causer des fissurations, on peut utiliser plusieurs types de protection tels que : • Protection en gazon naturelle. • Protection en enrochement ou matériaux graveleux. Dans notre cas, une protection de pierre tout venante est proposée en une couche de 30 cm d’épaisseur.

V.3.6- Les Bermes : Pour les barrages de grandes hauteurs, les bermes sont exécutées pour faciliter les

travaux au cours de construction de la ligue, et pendant les éventuelles réparations lors de l’exploitation.

Les bermes servent aussi à protéger les talus contre les affouillements, et elles augmentent la stabilité des talus, en général on prévoit une berme tout les 5 à 20m, ceci pour faciliter l’accès a tous les endroits des biefs.

Pour nôtres barrage une berme est projetée au niveau du parement amant à la côte 493 m NGA avec une largeur de 3 m, a fin de permette d’effectuer des contrôles et des réparations, ainsi qu’une berme sur le talus aval a la même côte que celle de bief amont et de même largueur avec une contre pente de 2% pour guider les eaux ruisselles vers un caniveau de 0.3 m de largeur.

V.3.7- Dispositif D’Etanchéité : V.3.7.1- Noyau :

La fonction primordiale du noyau est d’assurer l’étanchéité du barrage et de diminuer ainsi le débit de fuite, il est réalisé en matériau imperméable disponible au niveau de la zone d’emprunt.

Les matériaux destinés à la confection du noyau doivent répondre aux exigences suivantes : • Avoir une résistance au cisaillement appréciable. • Avoir une grande imperméabilité. • Etre insoluble dans l’eau et ne contiennent pas de particules de gypse ou sel.

V.3.7.2- Emplacement du Noyau : Le noyau proposé un noyau centrale, car il présente l’avantage d’être peu sensible aux

agressions extérieures, la hauteur du noyau est prise supérieure à celle du niveau des plus hautes eaux pour éviter tout risque de siphonage par dessus la crête de celui-ci.

Le noyau est ancré dans la fondation pour renforcer la stabilité du barrage et réduire les infiltrations.

V.3.7.3- Dimension du Noyau : A / Largeur en Crête : La largeur en crête du noyau prise en générale de l’ordre de 5 a 7 m, alors pour notre cas on prend b = 5 m. B / La Côte en crête du noyau : Pour une marge de sécurité de 0.5 m, la côte en crête du noyau sera à 502.5 m. C / Largeur en base du noyau : Il n’existe pas de règle générale pour le dimensionnement du noyau, on procède à la vérification de la condition suivante :


41

admJB

H ≤∆

∆H : différence de charge a l’entrée et a la sortie du noyau. B : largeur en base de du noyau en m. Jadm : gradient admissible donnée en fonction du type de sol de fondation. Pour une fondation limoneuse : Jadm = 1,25

D’où : 25,115≥B

Prenant : B = 22 m d’où, les pentes des talus du noyau sont de l’ordre de 0,5. La largeur moyenne du noyau est de 13,5 m.

V.3.7.4- Dimensionnement de la clé d’étanchéité : La para fouille sera encré dans la fondation a une profondeur de 2m avec une épaisseur

de base de 18m, les pentes des talus de la parafouille m1 = m2 = 1.

V.3.8- Dispositif des Drains et Filtres : La granulométrie des matériaux de transitions doit être assez homogène c’est à dire, ne

doivent pas être soumis au renard, soulèvement hydraulique et affouillement de contact. La mise des matériaux entre le corps et le noyau, et entre les drains et le corps, ainsi

qu’entre le revêtement et le corps du barrage s’avère obligatoire. La vérification de la possibilité de l’utilisation de tel sol comme une couche de

transition, peut être effectuée selon les recommandations de Terzagi.

485

15 ⟨d

d

d15: diamètre des particules du sol protègent correspondent à 15%. d85: diamètre des particules du sol protégé correspondent à 85%. d15, d85 : sont détermines d’après les courbes granulométriques. V.3.8.1- Calcul des filtres inverses et zones de transition : V.3.8.1.1- Vérification du contact entre le noyau et corps du barrage : dr15 : diamètre des particules des recharges « limon sableux graveleux » correspondant à 15% égale à 0.05 mm. dn85 : diamètre des particules du corps de noyau « limon argileux » correspondant à 85% égale à 0.01 mm. Donc :

5

01.0

05.0

85

15 ==d

d

La condition de Terzagui n’est pas vérifiée, donc il y a un risque d’avoir une érosion interne du noyau, on prévoit alors une couche de filtre d’épaisseur 20 cm qui assurera une transition d’infiltration sans déformation. Pour cela on calcul le diamètre des particules du filtre correspondent à 15%.

851585

15 .44 nf

n

f

ddd

d⟨⇒⟨

04.015⟨

fd : Qui représente une couche de sable fin.

V.3.8.1.2- Vérification du contact entre les recharges et le revêtement : D’après Terzagui, les conditions à respecter sont :


42

151515

15

851585

15

.55

.55

SFS

F

SFS

F

⟩⇒⟩

⟨⇒⟨

Fx et Sx : sont les dimensions des grains du filtre du matériau de base sur la courbe granulométrique correspondante au point d’ordonnée x%. D’après les courbes granulométriques figurent en annexe, on a :

mmFmmS

mmFmmS

25,005,0

51

1515

1585

⟩⇒=⟨⇒=

On désigne le fuseau du matériau protègent à partir des valeurs 5S85 et 5S15 qui doit être a peu après parallèle à la courbe granulométrique du matériau de base, puis on prend une courbe moyenne intermédiaire pour le filtre. Donc pour la première couche de transition, le fuseau est comme suite :

mmFmm 525,0 15⟨⟨ Pour la deuxième couche, le sol protégé de base deviendra la première couche de filtre, d’où, on aura d’après le fuseau tracé précédemment :

mmFmmS

mmFmmS

25,125,0

5010

1515

1585

⟩⇒=⟨⇒=

Alors, la deuxième couche est de texture sable graveleux et de granulométrie : mmFmm 5025,1 15⟨⟨

Donc deux couche de transition de 20cm d’épaisseur pour chacune sont a réalise entre le revêtement des talus amont et aval et le corps du barrage ainsi qu’entre le corps et les drains.

V.3.8.2- Les Drains : Les drains sont destinés a réceptionner et a évacuer les eaux filtrées des sols, du corps

et de la fondation sans déformation, a abaisser la ligne phréatique, a éviter l’écoulement sur le talus aval et a réduire la zone saturée du barrage aussi bien que diminuer la pression interstitielle dans certaines parties du corps et de la fondation en vue de l’accélération du processus de consolidation des sols.

V.3.8.2.1- Dimensionnement du drain tapis : D’après Belkonov dans sont ouvrage « Barrage en matériaux locaux »

bd LL4

1=

Ld : longueur du drain tapis en (m). Lb : largeur transversale du barrage (Lb = 103 m). On trouve : Ld = 25,75 m et prenant Ld = 45 m pour plus de sécurité.

V.3.8.2.2- Dimensionnement de prisme : Hauteur :

( ) bdr hh 20,015,0 ≈= Hb : hauteur du barrage, égale à 18 m. On prend : mhhh drbdr 4.2,0 =⇒= Largeur en crête :

drdr hB .4

1

3

1

≈=


43

On prend : mBhB drdrdr 5,1.3

1 =⇒=

Fruits des Talus : ( )( )5,25,1

75,11

2

1

≈=≈=

m

m

On prend m1 = 1,5 et m2 = 2.

Figure V.1 : Prisme de drainage avec drain tapis

V.4- Tassement :

La détermination du tassement du barrage a pour but, d’établir avec exactitudes le volume du barrage et de la côte de la crête de construction, les tassements ont pour origines : • Les déformations de l’ouvrage sous l’effet de son propre poids suite a la disposition des pression interstitielles. • Les déformations de l’ouvrage sous l’effet de la pression d’eau. La valeur de tassement dépend essentiellement des caractéristiques géotechniques des sols du barrage et de sa fondation, elle dépend aussi des paramètres du barrage tels que la hauteur, les pentes des talus amont et aval.

Il y a quelques méthodes plus au moins exactes pour la détermination des tassements des barrages en matériaux locaux, on estime généralement le tassement par la formule de Lowton :

32

.001,0 bHT = Hb : hauteur de barrage, d’où on trouve que : T = 0.076 m

V.5- Réseau D’Ecoulement : V.5.1- Introduction :

Les infiltrations d’eau à travers les barrages en terre et sous les ouvrages sont crées par le charge d’eau au bief amant.

Les statistiques montrent que plus de 50 % des accidents des barrages sont des déformations provoquées par les d’infiltrations, c’est pour quoi il faut toujours exécuter un calcul d’infiltration hydrotechnique, c'est-à-dire : • Etablir la position de la ligne phréatique dans le massif du barrage. • Détermination du gradient hydraulique, et les débits de fuite a travers le corps du barrage et le sol de fondation. Le débit d’infiltration doit rester très faible pour les raisons suivantes : • Ce débit est une perte d’eau qui réduit le volume de la retenue.


44

• Ces infiltrations peuvent conduire au phénomène du renard qui peut déstabiliser l’ouvrage. Il y’a plusieurs méthodes de calcul de l’infiltration a travers les barrages en terre, on cité parmi elles : • Méthode hydromécanique basée sur la solution de l’équation de pascal. • Méthode hydraulique approximative. • Procédé expérimental « analogie électronique ».

V.5.2- La Ligne de saturation : Pour tracer la ligne phréatique ou utilise la méthode grapho-analytique de Kozeny qui

est basée sur les hypothèses suivantes : • La filtration est supposée dans un seul plan. • Les composantes des vitesses dans la direction est perpendiculaire a ce plan sont nulles. • On suppose que le massif du barrage « le noyau » homogène et isotrope. Kozeny a montré que la ligne de saturation peut être assimilée dans sa partie médiane a une parabole d’axe horizontal dont le foyer « o » est situé au pied du parement aval du barrage. L’équation de parabole s’écrit :

( ) 20

220 YXYX +++

ddhY −+= 220

d : largeur en base du noyau diminuée de 0.7 b b : projection horizontale de la partie mouillée du parement amant Avec d = 16,05 m h : la hauteur d’eau en amont (h =15 m). On trouve : Y0= 5,92 m

La ligne phréatique coupe le talus aval en «C0» a une distance « a » du point «o » est une distance « a + ∆ a » du point d’intersection de la parabole de Kozeny avec le talus aval du noyau.

Pour avoir la ligne de saturation, il suffit de relier la parabole de base au point «C0» et « b », point d’intersection du talus amont avec le plan d’eau par une courbe normale au parement amont en « b » et tangente a la parabole. L’équation de la parabole s’écrit :

03,35.84,112 += XY Les coordonnés de la parabole sont données par le tableau suivant :

Tab : V.4- Cordonnée de la parabole de saturation X (m) -2.96 0 2 4 6 8 10 12 14 16.04 Y (m) 0 5.92 7.66 9.08 10.30 11.39 12.31 13.31 14.17 15

Le point d’intersection de la parabole avec la face avale du noyau est déterminé par l’équation Polaire de cette parabole.

αcos10

−=∆+

∆+∆=

Yaa

aa

aC

α : angle de face aval du noyau avec l’horizontal.


45

A partir de l’abaque de Casagrande « abaque 2 - voir annexe », on détermine C. 3,009,64 0 =⇒= Cα &

On aura 54,10=∆+ aa Ce qui donne :

ma

ma

38,7

16,3

==∆

Figure V.2 : Schéma de calcul de la ligne de saturation

V.5.4- Epaisseur du Tapis Filtrant :

L’épaisseur du tapis filtrant sera telle que la capacité du filtre soit supérieur de deux fois la capacité qui travers le corps du barrage, elle doit être suffisante pour rendre l’exécution possible sur le chantier, d’après Pdaux « technique des barrages en aménagement rural ».

k

Lqe .=

L : largeur du tapis filtrant (L = 40 m). k : coefficient de perméabilité du drain (k =1,06.10-4 m/s). q : débit de fuite à travers le corps du barrage, qui sera calculée par la formule suivante :

L

hHKq r .2

.21

21 −

=

Kr : coefficient de perméabilité des recharges (Kr = 4,3.10-6 m/s) L : longueur du massif aval (L = 103 m) H1 : charge d’eau amant (H1 = 15 m) h1: niveau d’eau amant de ligne de saturation dans les recharges (h1 = 11,91 m) On trouve : q = 1,74.10-7 m²/s.ml Donc : e = 0,51m.

Pour des raisons de sécurité et de construction il sera préférable d’avoir une épaisseur plus grande à fin de pouvoir évacuer les eaux provenant des nappes souterraines, ainsi on prendra une épaisseur de 0,8 m. V.5.5- Vérifications de résistance à l’infiltration des sols du corps et de la fondation : V.5.5.1- Corps du barrage : La vérification de la résistance d’infiltration dans le corps du barrage est effectuée d’après la condition :

admn

IS

HI ≤∆=

Sn : épaisseur moyenne du noyau (Sn= 13,5 m) ∆H: perte de charge dans le noyau ∆H = 15 – 5,92 => ∆H = 9,08 m I : gradient admissible fonction de la nature du sol (Iadm = 1,25) D’où, on trouve : I = 0,67. Donc la condition est vérifiée, la résistance d’infiltration à travers le barrage est assurée


46

V.5.5.2- Fondation du barrage : Cette vérification s’effectue en utilisant l’expression d’après Pdaux :

s

crf K

JJ ≤

Jcr : gradient d’infiltration critique qui est déterminé en fonction du type de sol de fondation d’après le tableau ci-dessous.

Tab : V.5- Détermination du gradient d’Infiltration admissible.

Sol de fondation Jcr Argile Limon Sable gros Sable moyen Sable fin

1,20 0,65 0,45 0,38 0,29

Ks : coefficient de sécurité déterminé d’après le tableau suivant.

Figure V.3 : Schéma de calcul d’infiltration

Tab : V.6- Détermination de coefficient de sécurité

Classe du barrage I II III IV Ks 1,25 2,00 1,15 1,10

Jf : gradient d’infiltration dans la fondation du barrage, on le détermine d’après la formule suivante :

cf TL

HJ

.88,0+∆≤

Tc : profondeur de calcul de la zone d’infiltration de la fondation (Tc = 2m) L : largeur du barrage à la base (L = 103m) ∆ H : la différence du niveau d’eau amont aval (∆ H = 15m) Pour notre barrage qui appartiens a la IIIemme classe avec une fondation marno argileuse « ks = 1,15 et Jer = 1,2 ». On trouve : 04,114,0 ⟨=fJ

La condition est vérifiée, la résistance d’infiltration à travers les fondations est assurée.

Chapitre : VI Etude de stabilité

47

VI.1- Introduction En 1691, le savant « Piolier » a donné la première idée sur la surface de glissement

avec un angle d'inclinaison normal. « Coulomb » s'est basé sur cette idée pour calculer la pression du sol agissant sur le

mur de soutènement, d’où il a exposé son expression universelle en 1773 sous la forme suivante :

En 1820 « Francier » a utilisé la première fois le principe de « Coulomb » dans l'étude

de la stabilité des talus d'où il a abouti à des tableaux permettant la définition de la hauteur limite des talus homogènes, par la suite en 1857 « Rankine » a exposé l'idée d'estimer l'équilibre des talus en se basant sur l'étude de l'état des contraintes des matériaux constituant le terrain.

En 1903 « Colire » a essayé de fonder une théorie d'équilibre limite dans les terrains meubles et disloqués et a abouti à l'établissement de l'équation d'équilibre limite, la résolution du problème n'a pas été faite de la manière qui permet une application pratique, par ailleurs pour la première fois « Petterson et Colire » ont introduit en 1916 le principe des surfaces de glissement dans le calcul de la stabilité des talus, ce principe a été approuvé par la commission suédoise entre 1913 et 1920, développé pour les ruptures circulaires par « Fellenius » en 1927, perfectionné par « Bishop » en faisant introduire la pression de l'eau dans le sol en 1954 et généralisé pour les ruptures non circulaires par « Nonveiller » en 1965.

Depuis un certain temps, les méthodes numériques sont un complément utile voire nécessaire aux méthodes d’équilibre limite pour l’analyse de la stabilité des ouvrages en terre. Le couplage entre ces deux méthodes ne cesse d’évoluer.

Dans ce chapitre nous présenterons les différentes méthodes d’analyse de stabilité des talus ainsi que des notions et connaissances relatives à la stabilité. VI.2- Notion de coefficient de sécurité

Le coefficient de sécurité est utilisé dans les calculs à la rupture. Il permet d’apprécier la marge de sécurité vis-à-vis de la rupture .Il existe plusieurs définitions possibles du coefficient de sécurité, chacune présente des avantages et des inconvénients. Pour évaluer la stabilité d’une pente, l’ingénieur doit choisir entre plusieurs définitions du coefficient de sécurité, ce coefficient peut être un rapport de forces, de moments, de grandeurs par rapport à une grandeur limite. Nous citons ci-dessous un certain nombre de ces définitions :

1/- (Définition de Bishop)

Il faut noter qu’avec cette définition la valeur du coefficient de sécurité est une valeur ponctuelle qui va donc dépendre de la position du point M considéré le long de la surface testée.

2/-

Cette définition suppose que la surface testée est planaire.

3/- (Définition de Fröhlich)

Cette définition suppose que la surface testée est circulaire (ellipsoïdale en 3D).

4/-


48

Toutes ces définitions conduisent à des valeurs différentes pour une même géométrie, sauf dans le cas où l’on se trouve à la rupture « F = 1 ».

La définition 1 est couramment employée. Fellenius a proposé une définition voisine en considérant que l’équilibre du volume (V) est atteint lorsque le système des forces extérieures qui lui est appliqué mobilise les fractions (tgφ/F et c/F) des valeurs réelles du frottement et de la cohésion du milieu. Cette définition permet d’obtenir un coefficient de sécurité pour l’ensemble de la surface.

Cette définition a donc pour inconvénient de considérer que la rupture se produira simultanément en tout point, ce qui est fortement contestable dans le cas de sols fortement hétérogènes et n’est pas compatible avec la notion de « rupture progressive ». VI.3- Les ruptures

Les ruptures planes représentent un cas particulier très simple dans son principe. Pour les surfaces de rupture de forme quelconque, le calcul est beaucoup plus complexe.

Pour évaluer la stabilité des talus par une méthode à l’équilibre limite, il existe des méthodes linéaires et non linéaires. Les méthodes linéaires sont des méthodes directes de calcul de (Fs) et les méthodes non linéaires nécessitent un processus itératif. VI.4- Etude de stabilité des talus :

Les problèmes de stabilité des talus sont systématiquement posés en conditions de déformation plane qui cause le glissement (rupture par déplacement en bloc d’une partie du massif), on distingue trois grandes catégories de glissements : • Cercle de pente (ou de flanc de talus) • Cercle de pied de talus • Cercle profond (de rupture profond).

Figure VI.1 : Différents types de rupture circulaire

La stabilité d’un talus dépond de la relation entre : • Les moments moteurs dont le terme principal est le poids du massif. • Les moments résistants dus essentiellement à la résistance au cisaillement le long de ligne de rupture. Les risques d’instabilité seront donc dus : • Soit à une augmentation des moments moteurs (surcharge au sommet d’un talus, modification de la géométrie de talus, action hydrodynamique dus à l’écoulement d’eau) • Soit à une diminution des moments résistant (suppression de masse en pied de talus, diminution des caractéristiques mécaniques du massif du fait d’infiltration d’eau important).

La stabilité des talus concerne aussi bien des pentes naturelles que les talus artificiels tel que les barrages, les remblais ……. Etc.


49

Les glissements de terrains sons généralement spectaculaires et engendrent des dégâts humaines et matériels considérables, (comme celui de l’année1970, cousant le mort72 personnes au plateau d’Asie).

L’étude de la stabilité des talus consiste à évaluer le rapport des forces résistantes aux forces motrices. Cette étude nécessite la connaissance des conditions géologique, hydrologique et topographique du terrain ainsi que les propriétés physique et mécanique du sol.

Les méthodes de calculs, dites de rupture, sont basées sur des constatations expérimentales. Quand un glissement se produit, il y a une masse de terre qui se détache du reste du massif suivant une surface de rupture, donc le problème est comment assurer la stabilité de la partie « a » par rapport à la partie « b »

Figure VI.2 : Stabilité d’un talus

Généralement on admet hypothèses suivantes : • On considère que le problème est bidimensionnel. • On suppose que le massif se comporte comme un matériau rigide. • La rupture se produit simultanément dans tous les points de la ligne de glissement. • La mise en état de plasticité ne concerne que la ligne de glissement le reste du massif est en équilibre limite L’expérience a montré que s’il n’y pas d’erreur grossier sue les hypothèses de calcule et les propriétés du sol : • Les talus seront toujours stables si le coefficient de sécurité : Fs > Fadm • Le glissement était pratiquement inévitable si : Fs < Fadm Fadm = 1,15 à 1,10 dans la cas sans séisme et égal à 1,05 en cas de séisme Entre les deux valeurs s’étend un domaine ou il y a risque de rupture, risque d’autant plus grand que « Fs » diminue. Par définition le coefficient de sécurité est le rapport des moments de l’effort mobilisable au moment des efforts appliqués c’est-à-dire au moment moteur exprimé par l’expression suivante :

∫∫=

s

s

sdr

fdrF

..

..

τ

τ C’est-à-dire :

( )

LW

dstgCr

F

A

Cs .

.∫ ′+=

ϕσ

ϕστ tgcf ′+=

fτ : Effort de cisaillement dus aux contraintes normales, σ ′ réellement appliquées C : la cohésion ϕ : Angle de frottement interne


50

∫=A

C

L dsrW τ

W : le poids du massif, L : bras de levier de W par rapport à « O »

:τ Les efforts de cisaillement réellement appliqués VI.5- Différentes méthodes de calcul : Les méthodes se différencient essentiellement par : • Le choix de la surface de rupture • La détermination de la répartition des contraintes le long de cette surface • La définition du coefficient de sécurité et la vérification de toutes les équations d’équilibre VI.5.1- Méthodes globales : Ces méthodes considèrent la totalité de la masse libre en faisant des hypothèses, quand à la distribution des contraintes normales le long de la surface de rupture.

Figure VI. 3 : Forces agissantes sur le massif de sol

N : composante normale le long de la surface T : composante tangentielle le long de la surface W : poids u massif (du bloc) Ces méthodes sont utilisées uniquement pour des surfaces de rupture circulaire ou de simple ligne droite, c’est le cas : • De la méthode du cercle de frottement de Taylor • De la méthode de Caquot • De la méthode de Biarez VI.5.2- Méthode des tranches :

Les méthodes citées précédemment ne tiennent pas en compte la distribution des contraintes effectives le long de la surface de rupture

La distribution des contraintes effectives normales doit être connue le long de cette surface. Celui-ci est souvent analysé par la division de la masse de sol « comprise entre la surface libre et le cercle de glissement » susceptible au glissement en plusieurs tranches verticales « d’égale largeur généralement b = 10% R. (R : rayon du cercle de glissement, et b : largeur de la tranche) et traiter chaque tranche comme un bloc entier.


51

La méthode des tranches est employée par la plupart des programmes de calcul sur

ordinateur, car il peut traiter facilement les pentes avec une géométrie très compliquée, des propriétés de sol variables et l’effet de charges extérieures sur les contours.

Figure VI.04 : Méthode des tranches

VI.5.2.1- Déférentes méthodes basées sur la méthode des tranches : A/- Méthode des tranches ordinaires : cette méthode développée par fellenius « 1927-1936 » en négligeant les forces inter-tranches. B/- Méthode de Bishop simplifiée « 1955 » : Bishop suppose que les forces de cisaillement sont nulles. C/- Méthode de jumbo simplifiée « 1954-1957-1973 ». D/- Méthode de Low et Karafiath « 1960 » E/- Méthode du corps d’ingénieur « 1982 » F/- Méthode de spencer « 1967-1973 » G/- Méthode de Bishop rigoureuse « 1955 » H/- Méthode de jumbo généralisée « 1954-1973 » I/- Méthode de Sarma « 1973 » J/- Méthode de Morgenstern et Price « 1965 » VI.5.2.2- Choix de la méthode : Les méthodes choisies pour les calculs des coefficients de sécurité de notre digue est la méthode des tranches de Fellenius et méthode de Bishop. VI.6- Equilibre d’une tranche : 1/- Hypothèses : • Milieu homogène ou non • Circulation ou non de l’eau (prise en compte des pressions interstitielles) 2/- Principe : • Cercle de rupture (rupture circulaire) • Décomposition de la zone du massif en tranches verticales • On tient compte de l’intercalation de sécurité F par la résistance au cisaillement mobilisée lors du glissement le long du cercle envisagé c’est-à-dire :

( )F

tgu

F

C ϕστ′−==

'


52

Figure VI.5 : Division du massif de sol en tranches verticales

Prenons une tranche quelconque et examinant le bilan des forces qui s’exercent sur elle

Figure VI.6 : Equilibre d’une tranche

Wi : poids de la tranche (poids propre de toute de la matière contenue dans la tranche sol + eau), pour calculer Wi on utilisera la densité (γsat) pou la portion située sous la ligne phréatique et la densité humide (γh) pour la partie située au dessus de la ligne phréatique. Ri : Réaction du milieu sur la façade due à Wi. Et de composante normale n

iR et de

composante tangentielle tiR

ini

ni URR += '

Telle que :

Rn

i

' : Composante normale des grains solide

Ui : Composante interstitielle due à l’eau. 3/- Réaction des tranches voisines : • La réaction de la tranche voisine « i-1 » de composantes « Hi » et « Vi » le cercle étant un cercle de glissement. • La réaction de la tranche voisine « i » de composantes Hi+1 et Vi+1.

ϕστ ′+= tgFF

C.

'


53

Ecrivant les deux premières équations de l’équilibre en projetant des forces sur le rayon OR et le tangente OT Suivant OR : 0... ' =∆+∆−−− iii

niiii CosVSinHRUCosW ααα …………..(1)

Suivant OT : 0... =∆−∆−− iiiiiti SinVCosHSinWR ααα …………….…..(2)

En passant des efforts aux contraintes et tenant compte de :

( )

( )i

iii

iiii

Cos

bbb

Cosbbb

α

α

=

=

+

+

1

1

,

.,

Avec : bi : Largeur de la tranche

( )1, +ii bb : Largeur de l’arc de la tranche iα : Angle entre la normale à l’arc et l’axe verticale de la tranche

( )

( )

( )i

ii

i

iii

ti

i

iiiiii

i

iiiii

ni

Cos

b

F

tg

F

C

Cos

b

FbbR

CosbubbuU

CosbbbR

αϕσ

αττ

α

ασσ

.'.

.,.

.,.

.,.

''

1

1

'

1''

+===

==

==

+

+

+

(1) et (2) deviennent :

( )

( ) ( ) )'2...(..........0...'..1

)'1.........(..........0....

''

'

=∆−∆+−+

=∆+∆+−+

iiiiii

ii

iiiiii

ii

i

ii

CosHSinVWCos

btgC

F

SinHCosVWCos

b

Cos

bu

ααα

ϕσ

ααα

σα

L’équation des moments par rapport au centre « O » pour l’ensemble des tranches s’écrit :

( )poidsSinRW ii :..∑ α

R.Sin αi : bras de levier 0 : (eau) 0 : (forces normale inter granulaire).

( ) RCos

btgC

F

n

i i

ii ..'..

1

0

''∑=

+α

ϕσ (force tangentielle inter granulaire)

R : bras de levier 0 : (pour les réactions entre tranches) Pour qu’il ait équilibre :

( ) )3..(....................0..'.1

..00 0

''

00/ =+=⇒= ∑ ∑∑

= ==

RCos

btgC

FSinRWM

i

in

i

n

iii

n

i αϕσα

Tirons F de 3 on obtient :


54

( )

∑

∑

=

=

+=

n

iii

i

in

i

SinW

Cos

btgC

F

0

0

''

.

'.

α

αϕσ

Le coefficient de sécurité est défini comme étant le rapport du moment résistance au moment moteur :

RtM

M

MF

m

m

r

.=

=

t : composante tangentielle du points Wi, elle a tendance à entraine le glissement, donc est une force motrice.

ii SinWt α.= R : rayon du cercle de glissement.

∑ ∑== RSinWRtM iim ... α (moment moteur totale)

( ) '..

'.,.

.

''

'1

' ϕα

ϕ tRCos

bCtRbbCR

RRM

ni

i

iniiii

ti

tir

+=+=

=

+

( )1,. +iii bbC : Force de cohésion

'.' ϕtRni : Force de frottement

On sait que :( )i

bibb ii αcos

, 1 =+

ini

ni URR −='

Avec Ri : composante due à Wi Ui : composante normale de la force due à la pression interstitielle

i

biuUCosWR iiii

ni α

αcos

,. ==

D’où : i

biuiCosWR ii

ni α

αcos

.' ∗−=

On aura :

( )( )

( )( )i

iiiiiitir

iiiiiii

ti

i

iiii

i

iiti

Cos

RtbuCosWbCRRM

CostbuCosWbCR

tCos

buCosW

Cos

bCR

αϕα

αϕα

ϕα

αα

.'.....

1.'....

'....

2'

2'

'

−+==

−+=⇒

−+=

Coefficient de sécurité F :

( )( )

RSinW

RCos

tgbuCosWbC

Fn

iii

i

n

iiiiiii

..

.1

'....

0

0

2'

∑

∑

=

=

−+=

α

αϕα


55

En simplifiant R, on aura :

( )( )

∑

∑

=

=

−+=

n

iii

i

n

iiiiiii

SinW

CostgbuCosWbC

F

0

0

2'

.

1'....

α

αϕα

VI.6.1- Méthode des tranches de Bishop :

( )

( ))3..(................................................................................

.

'

)2......(..........0...'.1

)1(..............................0.....

0

0

''

''

'

∑

∑

=

=

+=

=∆−∆−−

+

=+∆−−+

n

iii

i

in

iii

iiiiiii

iii

iiiiiii

ii

i

ii

SinW

Cos

btgC

F

CosHSinVSinWCos

btgC

F

SinHCosHCosWCos

b

Cos

bu

α

αϕσ

αααα

ϕσ

αααα

σα

Des équations (1) et (2), on élimine Hi∆ et on calcul 'iσ . (1) iαcos∗ donne :

0....'.. 22 =∆+∆−−+ iiiiiii SinCosHCosVCosWibiibiu αααασ

(2) iαsin∗ donne :

( ) 0.....

'.1 22'' =∆−∆−−

+ iiiiiii

i

iii SinCosHSinVSinW

Cos

SinbtgC

Fαααα

ααϕσ

(1) ∗+∗ )2(cos iα sin iα donne :

( ) ( ) ( )[ ] 0..'.1

..'.. ''2222 =+++∆−+−+ iiiiiiiiii tgbtgCF

SinCosVSinCosWibiibiu αϕσαααασ

( ) 0..'.1

.'. '' =++∆−−+ iiii tgbtgCF

ViWibiuibii αϕσσ

0..1

.).'.1

.( '' =∆−−+++ iiiiiiiiii VWtgbCF

butgbitgF

b ααϕσ

∗+

−−∆+=

ii

iiiiiii

i

tgtgF

b

tgbCF

buVW

αϕ

ασ

'1

1.

...1

. '

'

Calculons la valeur de ( iii tgbC α..' ) et introduisons la dans (3) :

'.'.

11.

..1

.'.

'

''' ααϕ

αϕσ tg

tgtgF

b

tgbCF

buVWCtgC

ii

iiiiiii

iii

+

−−∆++=+


56

{ }

+

−−∆++

+

=+

ii

iiiiiiiii

ii

tgtgF

b

tgtgbCF

tgbutgVWtgtgF

C

tgC

αϕ

αϕϕϕαϕϕσ

'.1

1.

'....1

'..''.1

1.'.

''

''

{ }

+

−∆++=+

ii

iiiiiiii

tgtgF

b

tgbuVWbCtgC

αϕ

ϕϕσ'.

11.

'...'.

'''

Revenons à (3) →{ }

i

i

ii

iiiiiin

i Cos

b

tgtgF

b

tgbuVWbC

ααϕ

ϕ

+

−∆++∑

= '.1

1.

'...'

0

( )

)4.......(...................................................

).'.1

1(

'...

0

0

'

∑

∑

=

=

+

−∆++

=n

iii

n

iii

iiiiii

SinW

CostgtgF

tgbuVWbC

F

α

ααϕ

ϕ

Dans cette expression « F » est donné sous une forme rigoureuse, mais pour la déterminer il faut : Procéder par itération successive car (F) figure dans les deux membres de l’équation (4) Définir ∆V i : pour cela il faut faire une hypothèse supplémentaire, ce calcule est possible mais très lourd et ne peut être pratiquement relise que sur ordinateur. - Cherchons la formule de Bishop simplifiée : A partir de l’équation (4) due d’ailleurs à bishop publié 1954 et en faisant (hypothèse ∆V i =Vi-V i+1=0) quelque soit la tranche considérée l’équation (4) devient :

( )

∑

∑

+

=

+

−+

=N

Iii

n

iii

iiiii

B

SinW

CostgtgF

tgbuWbC

F

0

0

.

.'.1

1

'...

α

ααϕ

ϕ

Dans ce cas tout les termes sont connus et « F » calculé par itération successive, on prendra comme valeur de départ de « F » la valeur (F0= F fellenius : coefficient de sécurité

obtenu par la méthode de fellenius) et après on prend (F0 ± 6 00 , F0 ± 4 0

0 ), ce résultat est

rapidement convergent (on s’arrête que lorsque « FB » qui ne diffère précédant que de 2 0

0 au maximum)


57

VI.6.2- Méthode de Fellenius : Afin de simplifier les calculs Fellenius admet l’hypothèse suivante : Les composantes entre tranches sont égales et opposées c'est-à-dire « 0=∆=∆ HiVi » ce qui revient à dire qu’il n’y pas d’interaction. A partir de l’équation générale n°1, on a :

i

iiiii

i

iiii

i

ii

b

buCosW

oud

Cos

buCosW

Cos

b

..

:'

..

.

2'

'

−=

−=

ασ

αα

ασ

Calculons ( '.'' ϕσ tgC ii + ) et injections la dans l’expression (3).

( )

( )

∑

∑

=

=

−+

=

−+=

−=+

n

iii

n

i i

iiiiii

F

i

iiiiii

i

iiiiiii

SinW

Cos

tgbuCosWbC

F

b

tgbuCosWbCtg

b

buCosWCtgC

0

0

2'

'2''

2'''

.

'....

.....

..'.

α

αϕα

ϕαϕαϕσ

C’est l’expression du coefficient de sécurité de Fellenius « FF ». VI.7- Différents cas de stabilités :

On ne peut étudier la stabilité sans toute fois dire quelque mot des cas les plus défavorables qui se présentent, ces cas sont donc : • Fin de construction. • Retenue normale. • Vidange rapide. Bien évidemment le séisme dans tous les cas doit être pris en compte dans les zones sismiques. VI.7.1- Fin de construction :

Pendant la phase d’exécution de digue ou plus exactement les différentes couches de remblais qui constitueront plus tard le corps de la digue, le compactage de cas couches génèrent des pressions interstitielles dans le corps de la digue.

A la fin de construction ces pressions interstitielles n’ont pas eu le temps de se dissiper, pour le cas de fin de construction on considère le seul cas de contraintes totales c’est à dire dans mesure de la pression inertielles, ce la suppose que la dissipation n’a pas en lieu. VI.7.2- Retenu normale :

La stabilité de la digue est vérifiée pour la retenue normale jusqu’au niveau de la cote de remplissage.


58

VI.7.3- Vidange rapide :

Au cours de l’exploitation, il sera indispensable d’effectuer de vidanges pour diverses raisons technologiques et d’exploitation. Lors de cas opérations la ligne de saturation baisse plus lentement que les plans d’eau, de ce fait il résulte de pressions interstitielles dans la partie amont car le matériau n’est pas perméable pouvant même compromettre la stabilité du talus amont.

Pour ce cas on fait le calcul en termes de contraintes effectives car pression interstitielle se dissipe progressivement dans le temps et on aboutit à l’équilibre hydrostatique. VI.8- Calcul sismique :

La région de Setif appartiens a la zone séismique « zone II-a », il est obligatoire d’effectuer le calcule sismique car la vérification de la stabilité au séisme est le cas le plus défavorable et l’effet du séisme s’ajoute aux forces qui tendent à faire glisser la digue suivant la ligne de rupture.

Cette force représente un effort produit lors d’un tremblement de terre et qui a deux composantes : verticale et horizontale, mais cette dernière cause beaucoup de dégâts. Nous avons par mesure de sécurité combinée l’effort de l’effet sismique avec tous les cas.

Pour la simulation des efforts sismiques sur la stabilisation on adopte une valeur de l’accélération égale à 20% de l’intensité de la pesanteur considéré égale 9,81 m2/s.

αSinWKMF SS ...= Fs : force sismique M : coefficient dépond des caractéristiques dynamiques de l’ouvrages. M = 1 dans le cas d’un barrage. Ks : coefficient qui dépend du degré de sismicité, pour la détermination de Ks on a :

terrestreonAccélérati

sismiqueonAccélératiKS .

.=

D’où :

20,081,9

81,9.20,0 ==SK

Donc : αSinWMFS ...25,0.= Donc la formule de F (Bishop+séisme) devient :

( )

∑∑

∑

==

=

+

+

−+

=n

iiis

n

iii

n

i

i

i

iiiii

B

SinWKMSinW

F

tgtgCos

tgbuWbC

F

00

0

'

....

.1

'...

αα

αϕα

ϕ

Dans le cas de notre barrage les calculs des deux talus ont été effectués pour les cas de fonctionnement normale et pour le cas de fin de construction, le cas de vidange rapide n’était pas envisager à cause de fait que d’une part il s’agit d’une retenue collinaire destinée seulement à l’irrigation ou la consommation de l’eau réservée prend plusieurs mois et d’autre part le barrage est muni dans le cote amont, de couches drainantes qui accélèrent la sortie des eaux interstitielles.


59

VI.9- Détermination des cercles de glissement : Cette méthode nous mène a respecter les étapes suivantes : • Construire a l’échelle le profil en travers du barrage. • Tracer deux lignes au milieu du talus la première et verticale et la deuxième inclinée de 85° par rapport au talus considéré. • Détermination de la zone du centre du cercle critique, pour cela Fondeev recommande de disposer le centre du cercle de glissement dans les limites définies par deux cercles du rayons Rmin et Rmax donné par le tableau suivant :

Tab : VI.1- Détermination des rayons max et min en fonction des pentes des talus. Pentes des talus 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6

Rmin/Hb 0.75 0.75 1.00 1.50 2.20 3.00 Rmax/Hb 1.50 1.75 2.30 3.75 4.80 5.50

Hb : hauteur du barrage en (m) • Indiquer le centre « o » et tracer un cercle de glissement. • Découper la zone de glissement en tranches verticales d’épaisseur « b = 0,1R » juxtaposées et on étudie l’équilibre de l’ensemble, a la limite de glissement le long du cercle.

Figure VI.7: Zone du centre du cercle critique

Figure VI.8: Découpage du talus en tranches VI.9.1- Les paramètres géotechniques utilisés pour le calcul :

Tab : VI.2- Caractéristiques géotechnique des sols. Paramètre Unités Noyau Recharge Fondation

ϕ C

γsat γd

Degré T /m² T /m3 T /m3

19 2.0 2.46 1.86

19 2.0 2.50 1.85

17 3.0 2.26 1.91


60

VI.9.2- Facteur de sécurité recommandable : Les calculs furent réalises en considération les trois situations hypothétique de sollicitations : • Fin de construction avec l’application de la formule de Fellinieus. • Exploitation normal « après la mise en eau et remplissage du réservoir » par application de la formule de Bishop. • Cas de séisme avec une retenue pleine avec l’application de la formule de Bishop simplifiée avec séisme. Remarque : Dans les tableaux de calcul de Fs, on a : bi : largeur d’une tranche en (m). αi : angle entre la normale a l’arc et l’axe verticale de la tranche (degré). C : la cohésion en (t/m2) Wi : poids de la tranche en (t/m).

iiii hbW ..∑= γ

γi : poids volumique « sec ou saturé » (t/m3) hi : hauteur de la tranche (m) φ : angle de frottement interne (degré). R : rayon du cercle de glissement (m). M : bras de levé (m). Cas de fin de construction : Fin de construction. Formule de Fellinius :

ii

ii

i

i

F

SinWD

tgCosWB

Cos

bCA

D

BAF

αϕα

α

.

..

.

==

=

+=

Cas de fonctionnement normal : Retenue normale et sans séisme. Formule de Bishop :

F

i

i

i

i

i

iiB

F

tgtgD

Cos

tgWB

Cos

bCA

SinWD

BA

F

αϕαϕ

α

α

.1

.

.

.

+=

=

=

+

=


61

Cas de fonctionnement normal : Retenue normale et avec séisme. Formule de Bishop :

( )

F

i

i

i

i

i

iiSiiB

F

tgtgD

Cos

tgWB

Cos

bCA

SinWKMSinWD

BA

F

αϕαϕ

α

αα

.1

.

.

...

+=

=

=

+

+

=

Selon Padaux dans son ouvrage « technique des barrages en aménagement rural », notre barrage fait partie de la classe « III », le coefficient admissible sera donc : Fadm = 1,15 à 1,10 - Cas sans séisme. Fadm = 1,05 - Cas avec séisme. Les résultats de calculs sont regroupés dans les tableaux ci-après.

Tab : VI.3- Coefficient de sécurité pour différents cas de fonctionnement. Cas de sollicitation Coefficient de sécurité Talus amont R = 35 m R = 28 m R = 32 m

1,69 1,75 1,59

Fin

de

C

onst

ruct

ion

Sel

on F

elle

nius

Talus aval R = 29 m R = 36 m R = 40.5 m

2,09 2,01 2,80

Talus amont R = 35 m R = 28 m R = 32 m

1,78 1,87 1,63

Ret

enue

nor

mal

e B

isho

p

sans

séi

sme


2,19 2,21 2,94

Talus amont R = 35 m R = 28 m R = 32 m

1,49 1,56 1,36

Ret

enue

nor

mal

e B

isho

p

avec

séi

sme


1,82 1,84 2,59

D’après les résultats obtenus, comparés à ceux des coefficients admissibles de stabilité, on remarque d’après les résultats obtenus que le coefficient de sécurité minimum soit supérieur du coefficient de sécurité admissible.

Le calcul nous montre que la stabilité est assurée pour les pentes des talus de notre barrage.

CONCLUSION GENERALE

Le traitement d’un tel projet, nous a permet de sortir de l’ordinaire du génie civil.

C'est-à-dire, les sujets concernant les structures de bâtiments.

L’étude des digues ou barrages en terre nécessite une compagne de reconnaissance du

sol, d’assiette aussi bien que celui des zones d’emprunt servant à la construction du corps

de la digue.

A cet effet nous avons menue une étude géologique et géotechnique de ce type

d’ouvrage, une autre étude nouvelle et intéressante a été également traitée dans ce travail,

c’est l’étude hydrologique, elle a été très bénéfique pour notre connaissance dans ce

domaine.

Les résultats obtenues dans les calculs de stabilité de la digue montrant que

l’utilisation d’un massif en terre conduit à des coefficients de sécurité qui sont supérieurs

aux coefficients recommandées par les documents technique, c'est-à-dire que la digue est

totalement stable vis-à-vis le glissements de ces talus ce qui permet d’établir des

possibilités concrète d’une augmentation de l’inclinaison des talus, et rendre possible une

réduction du volumes de la digue et par la suite une réduction du cout global de la

réalisation de l’ouvrage, qui est l’objectif principal de l’ingénieur en génie civil.

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 1- Remenieras.G 1986 : Hydrologie de l'ingénieur. Edition Eyrolles France.

2- Touaibia.B 1998 : Cours magistral d'hydrologie ENSH Blida Algérie

3- Padaux.S, 1985 : Technique des barrages en aménagement rural. Edition Eyrolles. France

4- Debreuil.P 1974 : Initiation à l'analyse hydrologique, Edition Masson et Cieorston. France

5- Touaibia.B et Benlaoukli.B 2004 : Introduction au dimensionnement des retenus collinaires. ENSH Blida Algérie

6- Durand. Y 1997 : Technique des petits barrages en Afrique Sahélienne et équatoriale. Edition Cemagref France

7- Touaibia.B 1995 : Régularisation des débits, polycopie de cours. ENSH Blida Algérie

8- Volkov.G,1986 : Guide de la thèse de fin d'étude. ENSH. Blida. Algéri

9- Dunglas.M 1982 : Cours d'ouvrage d'art. Edition Cemagref France

10- Carlier.M 1992 : Hydraulique Générale et appliquée. Edition Eyrolles. Paris. France

11- Post.G, Londe.P: Barrage en terre compactée pratique américaines. Edition Gantier Villars, Paris. France

12- Belkonov.J, 1981 : Barrage en matériaux locaux. Tipaza. Algérie

13- Gerard Degoutte : Petits barrages, recommandation pour la conception, la réalisation et le suivi. Edition Cemagref 1997.

14- R. Rolly: Technique des barrages en aménagement rural. Editions Eyrolles paris 1985.

15- O. Sniger et Willi H.Hagger: Constructions hydrauliques. Editions PPUR Suisse 1989.

16- Anderson M. G. et Richards K S. 1989 : Slope stability, Edition Wiley, London, -645p.

17- Barakat B. 1991 : Instabilité aux écoulements des milieux granulaires, aspects morphologiques et probabilistes- Thèse Ecole Centrale de Paris, 135p.

18- Bonelli. S. 2001 : Ouvrages hydrauliques en remblai : un regard transversal sur l'action de l'eau-Revue Ingénieries n° 26- p. 49-58

19- Comite Française des Grands Barrages 1993 : Petits barrages, Bordeaux, février 1993. Edition Cemagref, p. 239 – 250.

20- Comite Internationale des Grands Barrages : Filtres et transition pour barrages en remblai. Bulletin 55, 129p.

21- Comite Internationale des Grands Barrages : Barrages en remblai : protection du talus amont, bulletin 91, 121p

22- Costet et Sanglerat G. 1981 : Cours pratique de mécanique des sols, Edition Dunod.

23- George Post et Pierre Londe 1953 : Les barrages en terre compactés pratiques Américaines, Edition Gauthier Villars.

1

RESUME :

Le calcul des ouvrages en Génie Civil tels que les barrages en terre (digues) nécessite

souvent d’important études « géologique, géotechnique, topographique et hydrologique,

etc. … ».

L’étude topographique et hydrologique permettent le dimensionnement de la digue,

les études géologique et géotechniques sont d’une importance particulière, elles

permettent par la reconnaissance des paramètres du sol (assiette et corps de la digue), le

calcul de la stabilité de l’ouvrage à l’aide de deux méthodes très connus : méthode de

Féllénius et méthode de Bishop.

Mots clés : Digue, Glissement, coefficient de sécurité, Fellenius, Bishop, Talus

�� :

��ج ا�� ة درا�ت ��ب ا��ر�� ا�� ا�� '�&�&'��، '�&ت$��، (م � ا��ود ا��

) ه��رو�&'��+&*&()ا �� و

1ا��را�ت ا�0&*&()ا �� و ا��رو�&'�� ت��/ *��ب ا*.�د ا��، ام� ا��را �� ت ا��2&�&'�� و ا��2&ت$

3�� +)�$� : اه�� =�>� ح�; ت��/ *��ب م�ى ت&ازن ا�� و ذا�6 *��.��ل +)�$��3 ح��*��3 م.)و

Féllénius �$�(+ و Bishop.

�� ، م��رBBishop, Fellenius@ق ،م.�م� ا@م�ن، �، ا� : آ��ت ��

Abstract :

In civil engineering, the work calculation such as dams of then requires important

studies ( geological, geotechnical, topographic, hydrological, etc. ..).

The topographic and hydrological studies permit the dimensionnent of the dams, the

géological and geotechnical studies are of particular importance, they allowing by the

recognition of parameters soil (surface and the body of dams), the calculation of the

workstabilitywithe the help of two well known methods : Féllénius method and Bishop

method.

Key words : Dams, sliding, safety factor, Fellenius, Bishop, Talus

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