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Affouillement I. Introduction : Un ouvrage quelconque installé dans une rivière

Affouillement I. Introduction : Un ouvrage quelconque installé dans une rivière, perturbe l'écoulement. Il se crée souvent, à son aval, un tourbillon creusant localement une cavité. C'est l'affouillement, qui à la base des piles, est l’une des principales causes de l’effondrement des ponts qui enjambent les cours d’eau. L’affouillement est causé par la présence de la pile elle-même – par son influence sur les courants environnants. La pile cause une accélération du débit et engendre un système de tourbillons fixes tridimensionnels complexes qui augmentent la force d’érosion exercée sur le fond du cours d’eau. Ces débits instables peuvent rapidement donner naissance à l’affouillement lorsque le lit du cours d’eau est trop faible pour résister à la force d’érosion accrue. Une fois le procédé enclenché, les fosses d’affouillement peuvent s’agrandir rapidement – déstabilisant les piles et rendant le pont moins stable. Le problème lié à la présence des appuis du pont dans la rivière est l’estimation de la profondeur des fondations des piles et des culées en tenant compte de la profondeur d’affouillement. Le niveau du lit de la rivière pourrait être changé sous l’influence de 4 facteurs qui sont très liés entre eux. Chaque facteur doit être pris en considération ainsi que leurs effets combinés, pour être en possibilité d’estimer l’affouillement total du lit. Ainsi Mr DUNN distingue ces 4 facteurs comme suit : 1. La variation générale du niveau du lit de la rivière en dépendant de la variation du débit ; 2. Le raccourcissement du débouché linéaire au niveau du lit causé par un raccourcissement de la largeur de la rivière ou par la présence des remblais de part et d’autre des berges ; 3. L’approfondissement local causé par la présence d’un obstacle perturbant l’écoulement uniforme ; 4. L’approfondissement accentué causé par des caractéristiques locales. On distingue 3 types d’affouillement : 1. L’affouillement général du lit qui se traduit par le transport solide : charriage, saltation et suspension ; 2. L’affouillement dû au rétrécissement du lit de la rivière ; 3. L’affouillement local autour d’un obstacle (pile, culée). Ainsi l’affouillement total au niveau d’une pile est la somme arithmétiques de ces trois valeurs. II. Estimation de l’affouillement général : Pendant l’écoulement des eaux en crue, non seulement le niveau de l’eau monte, mais encore le niveau du lit de l’oued en général baisse. La valeur de cet abaissement est évaluée par plusieurs formules : Formule de LARRAS : Issue d’une corrélation entre la largeur du plan d’eau Ws et la hauteur d’eau majeur H : Pour 1 < Ws < 10m H = 0.27 Ws 7/6 Pour Ws  10m H = 2.0 Ws 0.3 Ainsi dn = H - He Avec dn : l’affouillement général Ws : débouché linéaire en cas de crue de projet (PHE) He : la hauteur des plus hautes eaux Formule de LACY-SIMONS et ALBERTSON-ACKERS et LANGBETN : Pour un lit sableux (d90<6mm) D = 0.48 QP 0.36 Ainsi s n W A D d   Avec D : la profondeur d’eau en crue QP : le débit correspondant à la crus de projet d90 : dimension de la maille par laquelle passe 90% en poids de matériau du fond du lit Ws : débouché linéaire en cas de crue de projet (PHE) A : débouché superficielle en cas de crue de projet (PHE) Formule de DUNN : Pour un lit graveleux (d90>6mm) et si 20 d D 90  D = 0.249 . QP 0.8 . d90 -0.12 . Ws -0.8 Ainsi s n W A D d   D’autres formules : LPEE 7 2 50 7 6 s P d W Q 217 . 0 D           EDF 6 1 50 3 2 s P d W Q 730 . 0 D           LEVI 4 1 50 6 5 s P d W Q 234 . 0 D           CONDOLIOS 16 3 50 8 7 s P d W Q 177 . 0 D           Ainsi s n W A D d   III. Estimation de l’affouillement dû au rétrécissement du lit : Lors de la construction des ponts, pour des raisons d’économie, le plus souvent, les ponts sont prévus plus courts que la largeur de la rivière sur laquelle ils sont construits. Dans ce cas la largeur libre de l’écoulement des eaux en cas de crues est rétrécie par des remblais d’accès ainsi que par les piles et les culées. Si le lit de la rivière est érodable, le lit dans la partie rétrécie s’adapte tout seul pour permettre la plus grande profondeur d’écoulement. Si la largeur de la partie réduite est petite en rapport de celle existante en amont, les modifications du lit en profondeur peuvent être considérables. Formule de LAURSES :                            1 W W pro d sur d . D V . 027 . 0 D d 7 6 2 s 1 s 7 3 50 3 1 50 3 1 2 c Avec dc : l’affouillement dû au rétrécissement du lit de la rivière D : la profondeur d’eau dans la partie non rétrécie obtenue par la formule de DUNN V : la vitesse moyenne d’écoulement dans la partie non rétrécie d50sur : dimension de la maille par laquelle passe 50% en poids de matériau de la surface du lit non rétrécie d50pro : dimension de la maille par laquelle passe 50% en poids de matériau rencontré au fond de l’affouillement dans la section du lit rétrécie Ws1 : débouché linéaire de la section du canal non rétrécie Ws2 : débouché linéaire de la section du canal rétrécie Formule de STRAUB : e 14 9 1 s 2 s e c H W W . H d           Avec dc : l’affouillement dû au rétrécissement du lit de la rivière He : la hauteur des plus hautes eaux Ws1 : débouché linéaire de la section du canal non rétrécie Ws2 : débouché linéaire de la section du canal rétrécie IV. Estimation de l’affouillement local autour d’une pile : La présence d’une pile dans l’écoulement d’une rivière apporte des tourbillons à l’écoulement des eaux qui sont localement très visible si le courant est vif. Le niveau de l’eau au contact avec l’avant bec de la pile décroît rapidement pour remonter lentement. Les filets liquides dévies et les mouvement tourbillonnaires qui accompagnent leur déviation sont susceptibles de remanier le lit mobile d’une rivière. D’après un très grand nombre d’étude et d’essais sur le model réduit, il a été constaté que les formes des piles jouent un très grand rôle dans l’affouillement localisé autour de la pile ; cet affouillement varie considérablement avec la forme du fût de la pile. Formule de CHATOU : di=  . H0.3 . D0.7 Avec di : l’affouillement local autour d’une pile  : coefficient de forme des piles : égale à 1.2 pour les piles oblongues ou circulaires égale à 1.5 pour les piles rectangulaires H : hauteur de l’eaux en tenant compte de l’affouillement général (par la formule de LARRAS) et de l’affouillement dû au rétrécissement du lit de la rivière(par la formule de STRAUB) D : largeur de la pile Formule de MAZA et SANCHEZ BRIBIESCA : di= (0.23H + 1.32D) f Avec di : l’affouillement local autour d’une pile H : hauteur de l’eaux en tenant compte de l’affouillement général (par la formule de LARRAS) et de l’affouillement dû au rétrécissement du lit de la rivière(par la formule de STRAUB) D : largeur de la pile f : coefficient dépendant de l’angle d’incidence du courant sur la pile Angle 0 15° 30° 45° f 1 1.25 1.4 1.45 Formule de CAMBEFORT : f D 3 4 4 H d i          Formule de SHEN : di=0.277 (V . P)0.619 Avec di : l’affouillement local autour d’une pile V : la vitesse moyenne d’un courant uniforme approché à la pile P : la largeur de la projection normale de la pile perpendiculaire au courant Formule de BRENSERS : di= 1.4 P Avec di : l’affouillement local autour d’une pile P : la largeur de la projection normale de la pile perpendiculaire au courant Formule de LARRAS : K . P 3 10 d 4 3 i  Avec di : l’affouillement local autour d’une pile P : la largeur de la projection normale de la pile perpendiculaire au courant K : coefficient de proportionnalité dépendant de la forme de la pile et de l’angle du plan de symétrie de la pile et de la direction générale du courant Ecoulement parallèle au plan de symétrie de la pile Forme uploads/Ingenierie_Lourd/ formation-affouillement-et-protection.pdf