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Conception de barrages Préparé par : Pr. RHOUZLANE & ABOULHASSANE Juin 2014 Pr

Conception de barrages Préparé par : Pr. RHOUZLANE & ABOULHASSANE Juin 2014 Pr RHOUZLANE- ABOULHASSANE Cours de barrages –JUIN 2014 Page 2 sur 126 Pr RHOUZLANE- ABOULHASSANE Cours de barrages –JUIN 2014 Page 3 sur 126 Table de matière CHAPITRE I GENERALITES ................................................................................................................ 8 I.1 INTRODUCTION ........................................................................................................................................... 8 I.2 CHOIX DU SITE DU BARRAGE....................................................................................................................... 8 I.3 CHOIX DU TYPE DE BARRAGE .................................................................................................................... 11 I.3.1 Barrages rigides :............................................................................................................................ 11 I.3.1.1 Les différents types de barrages rigides : ................................................................................................ 11 I.3.1.1.1 Barrage poids : ................................................................................................................................... 12 I.3.1.1.2 Barrage voûte : ................................................................................................................................... 13 I.3.1.1.3 Barrages à contreforts : ...................................................................................................................... 17 I.3.1.2 Les matériaux utilisés pour les barrages en béton :................................................................................. 17 I.3.1.2.1 Maçonnerie : ...................................................................................................................................... 17 I.3.1.2.2 Béton conventionnel vibré (BCV) : ................................................................................................... 17 I.3.1.2.3 Béton compacté à rouleau (BCR) : .................................................................................................... 18 I.3.1.2.4 Béton cyclopéen : .............................................................................................................................. 23 I.3.2 Barrages souples : ........................................................................................................................... 24 I.3.2.1 Barrage zoné à noyau :....................................................................................................................... 24 I.3.2.2 Barrage à masque amont : .................................................................................................................. 27 I.3.2.3 Barrage homogène : ........................................................................................................................... 31 I.3.3 Conclusion....................................................................................................................................... 32 I.4 Traitement des fondations par injections ............................................................................................. 32 CHAPITRE II CALCUL HYDRAULIQUE ............................................................................................ 36 II.1 HYDROLOGIE ........................................................................................................................................ 36 II.1.1 METHODES LES PLUS UTILISEES ........................................................................................................... 36 II.1.1.1 METHODE DU GRADEX .................................................................................................................... 36 II.1.1.2 LA METHODE RATIONNELLE ............................................................................................................. 37 II.1.1.3 LES FORMULES EMPIRIQUES ET FORMULES REGIONALES .................................................................. 38 II.1.1.4 COURBES ENVELOPPES ..................................................................................................................... 38 II.1.1.5 AJUSTEMENT DES DEBITS DE CRUE AUX LOIS STATISTIQUES ............................................................ 39 II.1.1.6 METHODE DE LA PLUIE MAXIMALE PROBABLE (CMP) ..................................................................... 39 II.1.2 DETERMINATION DES HYDROGRAMMES DES CRUES ............................................................................. 40 II.2 REGULARISATION ................................................................................................................................. 41 II.2.1 UTILISATION DES EAUX DE LA RETENUE ............................................................................................... 41 II.2.2 REPARTITION DE LA RETENUE .............................................................................................................. 42 II.2.3 CALCUL DE REGULARISATION .............................................................................................................. 43 II.3 COURBE DE TARAGE ............................................................................................................................. 44 II.4 LAMINAGE DE CRUE ............................................................................................................................. 46 II.4.1 EQUATION DE CONTINUITE ................................................................................................................... 46 II.4.2 LES DONNEES NECESSAIRES DU CALCUL............................................................................................... 47 II.4.2.1 LE VOLUME DE RESERVOIR EN FONCTION DE LA COTE. .................................................................... 47 II.4.2.2 LE DEBIT ENTRANT : ........................................................................................................................ 47 II.4.2.3 CALCUL DU DEBIT SORTANT : .......................................................................................................... 48 II.5 CALCUL DE LA REVANCHE : ................................................................................................................. 48 II.5.1 METHODOLOGIE DU CALCUL : .............................................................................................................. 49 II.5.2 ESTIMATION DU VENT DU PROJET : ....................................................................................................... 50 II.5.3 ESTIMATION DE LA HAUTEUR DES VAGUES SUR LE PLAN D’EAU : ......................................................... 51 II.5.4 CALCUL DE LA VAGUE DE PROJET : ....................................................................................................... 52 II.5.5 DETERMINATION DE LA HAUTEUR DE DEFERLEMENT : ......................................................................... 53 II.5.6 DETERMINATION DE LA COTE DE LA CRETE DU BARRAGE : ................................................................... 54 Pr RHOUZLANE- ABOULHASSANE Cours de barrages –JUIN 2014 Page 4 sur 126 CHAPITRE III OUVRAGES ANNEXES ............................................................................................. 55 III.1 EVACUATEUR DE CRUE : ....................................................................................................................... 55 III.1.1 Le seuil : ..................................................................................................................................... 57 III.1.1.1 Profil du seuil : ....................................................................................................................................... 57 III.1.1.2 Calcul de la capacité du seuil : ............................................................................................................... 60 III.1.1.2.1 Seuil Rectiligne : .............................................................................................................................. 61 III.1.1.2.1.1 Description : ............................................................................................................................. 61 III.1.1.2.1.2 Débit : ....................................................................................................................................... 61 III.1.1.2.2 Seuil en bec de Canard : ................................................................................................................... 63 III.1.1.2.3 Seuil Vanné : .................................................................................................................................... 63 III.1.1.2.3.1 Description : ............................................................................................................................. 63 III.1.1.2.3.2 Débit : ....................................................................................................................................... 64 III.1.1.2.4 Seuil Labyrinthe : ............................................................................................................................. 65 III.1.1.2.4.1 Description : ............................................................................................................................. 65 III.1.1.2.4.2 Débit : ....................................................................................................................................... 66 III.1.1.2.4.3 Déversoir en touches de piano (PKWs) : .................................................................................. 67 III.1.1.2.5 Seuil Circulaire (la tulipe) : .............................................................................................................. 68 III.1.1.2.5.1 Description : ............................................................................................................................. 68 III.1.1.2.5.2 Débit : ....................................................................................................................................... 69 III.1.2 Le coursier : ................................................................................................................................ 70 III.1.2.1 Coursier lisse : ........................................................................................................................................ 71 III.1.2.1.1 Profil du coursier : ............................................................................................................................ 71 III.1.2.1.2 Calcul de la courbe de remous : ........................................................................................................ 72 III.1.2.1.2.1 Calcul de la lame d’eau pour la partie CREAGER : ................................................................. 72 III.1.2.1.2.2 Calcul de la lame d’eau pour le coursier : ................................................................................. 72 III.1.2.1.3 Calcul du mur bajoyer : .................................................................................................................... 73 III.1.2.2 Coursier en marches d’escalier ............................................................................................................... 73 III.1.2.2.1 Régimes d’écoulement sur un coursier en marches d’escalier : ........................................................ 74 III.1.2.2.1.1 Ecoulement en nappe : .............................................................................................................. 74 III.1.2.2.1.2 Ecoulement turbulent (par couche écumante) : ........................................................................ 75 III.1.2.2.1.3 Ecoulement transitoire : ............................................................................................................ 76 III.1.2.2.2 Caractéristique des régimes d’écoulement : ..................................................................................... 76 III.1.2.2.3 Calcul du coursier en marches d’escalier : ....................................................................................... 76 III.1.2.2.4 Profil du déversoir et zone de transition : ......................................................................................... 78 III.1.2.2.5 La dissipation de l’énergie dans l’évacuateur en marches d’escalier : .............................................. 79 III.1.3 L’ouvrage de dissipation d’énergie : .......................................................................................... 80 III.1.3.1 Saut de ski : ............................................................................................................................................ 80 III.1.3.2 Calcul des affouillements : ..................................................................................................................... 82 III.1.3.3 Bassin à ressaut : .................................................................................................................................... 82 III.2 VIDANGE DE FOND : ............................................................................................................................. 89 III.2.1 Calcul de la capacité de la vidange : .......................................................................................... 90 III.2.2 Dimensionnement de la vidange : ............................................................................................... 93 III.2.3 Calcul de la géométrie de l’entonnoir : ...................................................................................... 94 III.2.4 Calcul du jet de la vidange : ....................................................................................................... 94 III.3 DERIVATION PROVISOIRE : ................................................................................................................... 96 III.3.1 Crue de dimensionnement : ........................................................................................................ 96 III.3.2 Méthodes de dérivation : ............................................................................................................ 96 III.3.2.1 Dérivation avec batardeaux : .................................................................................................................. 96 III.3.2.2 Dérivation en tunnel : ............................................................................................................................. 97 CHAPITRE IV CALCULS DE STABILITE ........................................................................................ 99 IV.1 JUSTIFICATIONS DE STABILITE DU BARRAGE EN BETON ........................................................................ 99 IV.2 PARAMETRES DE CALCUL : ................................................................................................................. 100 Pr RHOUZLANE- ABOULHASSANE Cours de barrages –JUIN 2014 Page 5 sur 126 IV.3 LES EFFORTS APPLIQUES SUR LE BARRAGE : ....................................................................................... 100 IV.3.1 Poids propre du barrage : ........................................................................................................ 100 IV.3.2 Poussée hydrostatique de l’eau : .............................................................................................. 101 IV.3.3 Poussée des sédiments : ............................................................................................................ 101 IV.3.4 Soupression sous le barrage : ................................................................................................... 102 IV.3.5 Effort du séisme : ...................................................................................................................... 104 IV.3.5.1 Effort d’inertie sur le béton : ................................................................................................................ 105 IV.3.5.2 Effort d’inertie de l’eau de la retenue : ................................................................................................. 105 IV.4 CRITERE DE STABILITE DU BARRAGE: ................................................................................................. 106 IV.4.1 Stabilité au glissement : ............................................................................................................ 106 IV.4.2 Stabilité au renversement : ....................................................................................................... 107 IV.4.3 Calcul des contraintes transmises aux fondations : .................................................................. 107 IV.4.4 Cas de charge : ......................................................................................................................... 108 IV.4.5 Calcul de la stabilité élastique : ............................................................................................... 109 IV.4.5.1 Condition de Maurice Lévy : ................................................................................................................ 109 IV.4.5.2 Force et bras de levier ........................................................................................................................... 110 IV.4.5.3 Point de passage de la résultante : ........................................................................................................ 111 IV.4.5.4 Calcul des contraintes ........................................................................................................................... 112 IV.5 JUSTIFICATION DE STABILITE DES BARRAGES EN REMBLAI ................................................................. 114 IV.5.1 Actions appliquées .................................................................................................................... 114 IV.5.2 Mode de rupture d’un barrage en remblai ............................................................................... 115 IV.5.2.1 Rupture par cisaillement ....................................................................................................................... 115 IV.5.2.2 Rupture par érosion .............................................................................................................................. 116 IV.5.3 Résistance au cisaillement : ...................................................................................................... 117 IV.5.4 Etude de stabilité des barrages en remblai pendant les phases critiques : ............................... 118 IV.5.4.1 Comportement de l’ouvrage pendant la construction : ......................................................................... 119 IV.5.4.2 Comportement de l’ouvrage en service : .............................................................................................. 119 IV.5.4.3 Comportement de l’ouvrage pendant une vidange rapide de la retenue : ............................................. 120 IV.5.5 Etude théorique de stabilité des talus ....................................................................................... 120 IV.5.5.1 Méthodes utilisées : .............................................................................................................................. 120 IV.5.5.2 Facteur de sécurité au glissement : ....................................................................................................... 123 REFERENCES ........................................................................................................................................... 125 Pr RHOUZLANE- ABOULHASSANE Cours de barrages –JUIN 2014 Page 6 sur 126 Liste des figures Figure 1: exemple de relevé topographique de la retenue du barrage Kharroub ................................................... 9 Figure 2: critères topographiques pour le choix du site ........................................................................................ 10 Figure 3: exemple de barrage poids en béton (Oued El Malleh) ........................................................................... 13 Figure 4: exemple de barrage voûte (Bin El Ouidane) ........................................................................................... 13 Figure 5: Epaisseur barrage voûte......................................................................................................................... 14 Figure 6: les deux types de vallées pour barrages voûtes ..................................................................................... 15 Figure 7: exemple de site pour barrage voûte ....................................................................................................... 16 Figure 8: exemple de barrage à contreforts (Al Massira) ...................................................................................... 17 Figure 9: exemple de chantier de barrage poids en BCR (barrage Tamalout) ...................................................... 19 Figure 10 : exemple d'un barrage en BCR (Barrage Yaacoub Al Mansour) ........................................................... 21 Figure 11: comparaison entre les 2 profils pour barrage poids en BCR................................................................. 23 Figure 12: profil général du barrage à noyau en digue zonée .............................................................................. 25 Figure 13: types de noyaux.................................................................................................................................... 26 Figure 14: exemple de chantier de barrages à noyau ........................................................................................... 26 Figure 15 : exemple d'un barrage zoné à noyau (Barrage El Himer) ..................................................................... 27 Figure 16: profil général d'un barrage à masque amont ...................................................................................... 27 Figure 17 : exemple d'un barrage en enrochements à masque amont en béton (Barrage Zerrar) ....................... 28 Figure 18: exemple de la coupe du barrage Zerrar ............................................................................................... 29 Figure 19: vue de l'amont du masque amont en béton du barrage Zerrar en cours ............................................. 30 Figure 20: vue de la rive droite de la plinthe du barrage Martil ............................................................................ 31 Figure 21: profil général d'un barrage en remblai à digue homogène .................................................................. 32 Figure 22: exemple du voile d'injection du barrage Tamalout à Midelt ................................................................ 33 Figure 23: comportement rhéologique du coulis d'injection ................................................................................. 34 Figure 24: méthode GIN utilisée pour les injections .............................................................................................. 35 Figure 25: forme de l'hydrogramme de crues ....................................................................................................... 41 Figure 26: exemples d'ouvrages annexes permettant les utilisations du barrage (barrage Wirgane) ................. 42 Figure 27: exemple de courbe de tarage (barrage Bousraf à Ifrane) .................................................................... 45 Figure 28: schéma explicatif pour le calcul de laminage ....................................................................................... 47 Figure 29 : revanche sur les PHE ou sur la RN pour un barrage non équipé d’un mur pare-vagues ..................... 49 Figure 30 : revanche sur les PHE pour un barrage équipé d’un mur pare-vagues ................................................ 49 Figure 31 : paramètres intervenant dans le calcul des vagues ............................................................................. 51 Figure 32 : run-up dans le cas d’une onde sinusoïdale (cas du vent) .................................................................... 53 uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-barrage-rhouzlane-aboulhassane-2014-pdf.pdf