Royaume du Maroc ECOLE HASSANIA DES TRAVAUX PUBLICS A CASABLANCA
DRAINAGE ET ASSAINISSEMENT ROUTIER
Elaboré par :Mr ALLA Ahmed
A Casablanca le 30-09-2013
1
SOMMAIRE INTRODUCTION........................................................................................... DONNEES DE BASE .............................................................................. 1ERE PARTIE : DRAINAGE DES EAUX SUPERFICIELLES................... SURFACE DE ROULEMENT ......................................................... ACCOTEMENT............................................................................... TALUS............................................................................................. 2EME PARTIE : DRAINAGE DU CORPS DE LA CHAUSSEE............... DRAINAGE DU CORPS DE LA CHAUSSEE................................. COUCHE DRAINANTE................................................................... DRAIN EN ARRETE DE POISSON................................................ TRANCHEE DRAINANTE TRANSVERSALE................................. TRANCHEE DRAINANTE LONGITUDINALE ................................ ECRAN DRAINANT DE RIVE DE CHAUSSEE (EDRC)................ 3EME PARTIE : COLLECTE DES EAUX................................................ COLLECTE DES EAUX.................................................................. FOSSE TRIANGULAIRE NON REVETU........................................ FOSSE TRAPEZOIDAL NON REVETU ......................................... FOSSE TRIANGULAIRE REVETU................................................. FOSSE TRAPEZOIDAL REVETU .................................................. FILETS D’EAU ................................................................................ AVALOIR ......................................................................................... DESCENTES DE TALUS................................................................ 4EME PARTIE : OUVRAGES DE FRANCHISSEMENT......................... 5EME PARTIE : INSPECTION ET SURVEILLANCE ............................. CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS......................................... ANNEXES............................................................................................
2
INTRODUCTION Assainissement : terme général concernant plus particulièrement l’évacuation des eaux superficielles Drainage : évacuation des eaux internes Drainer le corps de la chaussée, l'assise et plate-forme, est un objectif souvent mentionné, car tout professionnel de la route sait bien que " l'eau et la route ne font pas bon ménage ". En effet, l'eau de ruissellement à la surface de la chaussée occasionne une baisse importante du niveau de service offert à l'usager. L'eau contenue dans le corps de la chaussée qui provient d'infiltrations d'origines diverses est un élément décisif de l'accélération des dégradations des structures de la chaussée. La lutte contre les conséquences néfastes engendrées par l'eau, doit se faire en établissant un système de drainage efficace. Or pour être efficace, un tel projet nécessite un bon choix des dispositifs drainants, une bonne exécution, et un entretien courant, ce qui n'est pas toujours le cas. C'est pour cette raison qu'il a été jugé opportun d’enseigner ce cours dans les écoles d’ingénieurs et qui regroupe un certain nombre de techniques pratiques avec des recommandations pour l'exécution, l'entretien et le maintien du bon fonctionnement de l'ouvrage. Dans un premier temps ce manuel présente des données de base indispensables à la réalisation d'un projet de drainage. Par la suite, il traite la collecte et l'évacuation des eaux superficielles, le drainage du corps de la chaussée, les éléments de collecte des eaux et les éléments spéciaux. Enfin il regroupe quelques recommandations pour le drainage routier.
DONNEES DE BASE Comme pour tout projet, l'établissement d'un système de drainage nécessite comme étape préliminaire, le recueil des données de base sans lesquelles on risque d'avoir un projet incomplet. La variété de ces données montre aussi la diversité des matières auxquelles fait appel le drainage des routes, et prouve aussi qu'un tel projet est le résultat d'un consensus entre l'ingénieur concepteur de la route, le géotechnicien, l'hydraulicien, l'hydrologue et le météorologue. I- DONNEES METEOROLOGIQUES Elles concernent surtout les précipitations, elles sont à recueillir auprès des stations les plus proches du site. Les événements pluvieux se caractérisent par : l'intensité i : (en mm/s) la durée de concentration t : (en min.) la période de retour T : (années) l'étendue de(s) bassin(s) versant(s) S : (Km²) II- DONNEES GEOTECHNIQUES 3
Elles doivent fournir tous les renseignements sur les sols à "travailler (enlever ou traiter) " et sur les sols à maintenir en place. Il s'agit donc de : Faire l'identification des couches de sol à terrasser : nature, état hydrique, classe du sol. Prévoir les difficultés probables d'excavation et les conditions de réutilisation du sol. Evaluer la qualité de la plate-forme et éventuellement les moyens à prévoir pour augmenter sa portance. Connaître la position des nappes phréatiques et le sens des lignes de courant, ainsi que la probabilité de formation des nappes perchées temporaires. Maîtriser les caractéristiques d'identification des sols, teneur en eau, angle de frottement, cohésion, densité...etc. Détecter les zones des sols sensibles à l'eau. III- DONNEES HYDROLOGIQUES Elles nous renseignent sur l'ensemble des cours d'eau, des oueds et des ruisseaux creusés à la surface de la terre et qui rassemblent les eaux de surface en les conduisant vers les oueds. Les données à recueillir sont relatives aux éléments suivants : Bassin versant (surface, longueur, pente). Détermination du temps de concentration. Ajustement statistique des crues. Evaluation empirique des crues. Débit de crue. IV- DONNEES HYDRAULIQUES Le dimensionnement des ouvrages de franchissement (petits ouvrages hydrauliques) nécessite des connaissances pour mener à bien le calcul et le dimensionnement. Il s'agit donc de maîtriser les formules hydrauliques à utiliser (exemple : ManningStrickler, Delorme...). V- DONNEES RELATIVES AU PROJET Ce sont les profils en long, en travers, le tracé en plan du projet routier. Elles nous informent sur les pentes et nature des sections traversées par le tracé routier. VI- DONNEES TOPOGRAPHIQUES Ces données indiquent le type de relief traversé (vallonné, montagneux, plat), ainsi que les cotes des différents niveaux croisés par le tracé et les limites des bassins versants.
4
Quelles sont les eaux à drainer ?
D’où vient l’eau ?
5
1ère PARTIE : DRAINAGE DES EAUX SUPERFICIELLES
• SURFACE DE ROULEMENT • ACCOTEMENT • TALUS POSITION DU PROBLEME Le ruissellement de l'eau à la surface vers les points bas peut entraîner la formation d'une lame d'eau d'épaisseur h. Cette lame d'eau a pour conséquences, des infiltrations à travers les points faibles (joints fissures...) et un risque d'aquaplanage (perte d'adhérence d'un véhicule due à la présence d'une mince pellicule d'eau entre la chaussée et les pneus). COLLECTE DE DONNEES a) Reconnaissance du problème La projection d'eau à l'arrière des véhicules et aux cotés latéraux nous permet de reconnaître la présence d'une lame d'eau. Une auscultation visuelle des lieux en saison pluviale peut s'avérer utile en ce sens. b) Collecte de données 1- Précipitations Les données météorologiques sont à recueillir auprès des stations les plus proches du site. Ils nous permettent de calculer l'épaisseur de la lame. 2- Données relatives au projet Il s'agit de connaître la nature des sections traversées (remblai, déblai, dévers...) ; ces renseignements peuvent provenir des documents suivants : Tracé en plan Profil en long Profil en travers 3- Données Topographiques Elles nous renseignent sur la nature du terrain rencontré : Terrain plat Terrain vallonné Terrain montagneux
SURFACE DE ROULEMENT OBJECTIFS Réduire l'épaisseur de la lame aux limites admissibles Evacuer rapidement les eaux de ruissellement Réduire les infiltrations ETABLISSEMENT DU PROJET 6
a) Etablissement de Profils La réduction de la lame d'eau est possible donc, en donnant au profil en travers la pente la plus forte compatible avec la nécessité de la circulation. En effet, un exemple de formule, établie pour des chaussées en enrobés nous permet de mieux le constater Pentes du profil en travers : Relief
Routes du profil en travers
Routes non revêtues
2 à 3% 1.5 à 3% 1.5 à 2.5%
3 à 5% 3 à 5% 3 à 5%
Plat Vallonné Montagneux
Les pentes préconisées pour les chaussées revêtues
Remarque : Il faut veiller à ce que l'effet des pentes longitudinales et transversales combinées, ne provoque ni un écoulement lent (stagnation) ni un écoulement intense (érosion). b) Réduction des infiltrations On peut procéder par : Décalages des joints de reprise ; Imperméabilisation entre diverses couches ; Imperméabilisation immédiate par un traitement superficielle. SURVEILLANCE ET ENTRETIEN Reprofilage pour éliminer la stagnation des eaux ; Réfection profonde ou renforcement pour les cas extrêmes ; Les macrofissures et joints doivent être obturés en profondeur ; Faïençages et microfissures : Traitement des surfaces à l'aide d'un liant Resurfaçage en couche mince. Remarque : On note d'autre part l'existence de la technique des enrobés drainants plus performante, mais encore coûteuse pour le contexte Marocain.
ACCOTEMENT POSITION DU PROBLEME La lame d'eau d'épaisseur h, une fois drainée de la chaussée, ruisselle vers l'accotement et peut provoquer l'érosion ou déstabiliser ce dernier. COLLECTE DE DONNEES a) Reconnaissance du problème 7
Traces d'ornières ; Erosion régressive et déformabilité. b) Collecte de données 1- Précipitations Les précipitations météorologiques sont à recueillir auprès des stations les plus proches du site. elles nous renseignent sur la valeur de la vitesse d'écoulement (érosion). 2- Données relatives au projet Tracé en plan Profil en long Profils en travers OBJECTIFS Limiter l'érosion et l'infiltration par l'accotement et les joints ; Assurer la stabilité mécanique en cas de débordement de véhicules Assurer la continuité du flux de ruissellement. ETABLISSEMENT DU PROJET On procède par aménagement de profils ou traitement et revêtement de l'accotement. a) Etablissement du Profil Le Catalogue des Structures Types pour les chaussées neuves préconise des pentes de 4 à 5 % pour favoriser le ruissellement vers le collecteur.
Le profil en travers type de l'accotement Cependant, cette pente ne devrait pas entraîner l'érosion du matériau de l'accotement. La valeur de V (vitesse d'écoulement) doit être maîtrisée pour contrôler les phénomènes d'érosion, de transport et de sédimentation. (voir annexes) b) Revêtement et traitement : - Selon le Catalogue des Structures Types pour les chaussées neuves, la largeur revêtue de l'accotement dépend du trafic. Elle varie entre 0.75 m et 1.50 m . Plus cette largeur est grande plus profondes sont les couches protégées. - Le traitement peut être effectué en : Traitant l'accotement à la chaux ou au ciment ; Dérasant les accotements non revêtues à un niveau légèrement inférieur à celui de la chaussée ; Favorisant la végétation génératrice de l'évapotranspiration ; 8
Réalisant des pentes soignées. SURVEILLANCE ET ENTRETIEN Traiter les ornières Soigner les pentes dès l'apparition des désordres Faucher la végétation pouvant faire obstacle au ruissellement Sceller les joints Selon le cas, on adoptera l'un des accotements suivants : RECOMMANDATIONS Les dégradations qui surviennent à la route, viennent la plupart du temps de l'accotement. Constitué de matériaux moins élaborés, il mérite plus d'attention et de surveillance. L'accotement avec joint constitue un danger, car son étanchéité n'est pas assurée. Il est aussi recommandé d'investir de plus en plus dans l'accotement (revêtement).
TALUS POSITION DU PROBLEME Le ruissellement de l'eau à la surface du talus entraîne l'instabilité de celui-ci. En effet, l'eau peut acquérir une énergie suffisante pour arracher et entraîner les grains du sol en créant des ravines qui s'approfondissent d'une année à l'autre. Par ailleurs, l'eau est à l'origine de la déstabilisation de masse du talus, soit en exerçant des pressions pouvant réduire le frottement et la cohésion entre les grains, soit en s'écoulant parallèlement à la surface du talus conduisant ainsi au phénomène de renardage. COLLECTE DE DONNEES a) Reconnaissance du problème L'existence de chenaux d'érosion ( griffes, ravines...) est un signe de l'action de l'eau sur la surface du talus. La présence de cas d'éboulements de terrain, pouvant parfois atteindre la chaussée est une meilleure illustration de l'instabilité de masse. b) Collecte de données 1- Précipitations Les données relatives aux précipitations peuvent nous servir pour maîtriser la vitesse de l'écoulement (voir annexes) et au dimensionnement des fossés. 2- Données relatives au projet Elles nous indiquent la nature des sections traversées (déblai, remblai ..), l'inclinaison, la hauteur des talus ainsi que les pentes. Tracé en plan Profil en long Profils en travers 3- Données topographiques Nature du terrain traversé ( plat, vallonné, montagneux) 4- Données géotechniques 9
La compagne d'études géotechnique nous permet de distinguer les types de sol rencontrés, leur sensibilité à l'eau et à l'érosion ainsi que leur résistance (c , ø). Elle nous permet aussi de savoir si le sol rencontrés une nappe ou non. OBJECTIFS l Assurer la stabilité mécanique notamment pendant les averses ; l Réduire l'érosion et empêcher les éboulements d'atteindre la chaussée ; l Assurer l'équilibre des terres amont. ETABLISSEMENT DU PROJET Un projet de drainage de talus doit assurer la stabilité de ce dernier en limitant l'érosion, en réduisant les infiltrations et en rabattant la nappe. a) Lutte contre l'érosion La lutte contre l'érosion passe en premier lieu par l'aménagement de descentes de talus souvent sous forme de cascades en raison d'amortir la vitesse d'écoulement. (voir chapitre descentes de talus).
Pour les talus de grande hauteur ( >10 m ), on doit aménager des risbermes ou des banquettes avec une contre pente afin d'accroître la sécurité vis à vis d'un glissement rotationnel, et en vue d'empêcher les matériaux éboulis ou érodés d'atteindre la chaussée. Le raccordement de la banquette au terrain naturel doit se faire sans contre pente pour assurer la continuité de l'écoulement.
La limitation contre l'érosion peut également se faire par : 10
La recherche d'un compromis entre l'aménagement du talus à faible inclinaison et la vulnérabilité au glissement rotationnel ; En favorisant la végétation naturelle c'est un procédé économique de protection mais il va falloir contrôler cette végétation, pour qu'elle n'entrave pas l'écoulement. b) Fossé de crête Un fossé de crête doit être prévu chaque fois qu'un déferlement d'eau venant d'amont peut atteindre la crête du talus ou qu'une accumulation d'eau peut se produire au sommet. Ce type de fossé nécessite une attention particulière vue les conséquences qu'il peut avoir s'il n'est pas bien soigné. Un fossé de crête mal conçu ou mal drainé constitue un danger d'infiltration pouvant déstabiliser le talus. Les vitesses d'écoulement dans le talus doivent être contrôlées pour éviter l'érosion ( chaque sol a une vitesse critique d'érosion). La position du fossé de crête doit être telle que la ligne de glissement la plus défavorable du talus soit située entre la crête et le fossé. La partie de terrain située entre la crête et le fossé doit être profilée avec une contre pente vers le fossé. Instruire les riverains sur la nécessité du maintien en bon état de fonctionnement du fossé de crête. c) Aménagement du pied du talus 1 - berme de talus Avec une largeur allant de 1 à 3m et dotée d'une pente vers le fossé pour éviter la stagnation d'eau, la berme du pied de talus contribue à la protection des dispositifs de drainage, et facilite le passage des engins d'entretien. 2 - Fossé de pied du talus Il assure une double fonction de drainage de la route et du talus. d) Disposition pour talus noyé Un talus noyé est un talus qui rencontre une nappe phréatique permanente ou temporaire. Le cas d'une nappe permanente doit être signalée au cours de la reconnaissance géotechnique du tracé. Le projet du talus en tiendra compte. La nappe temporaire se manifeste lors des fortes averses. Elle nécessite une intervention immédiate. Dans le cas de résurgence de source localisée, on procède au captage de cette source. Le drain sera dimensionné pour évacuer le débit maximum.
Si la source produit un suintement sur une certaine longueur du talus, et à différents niveaux, il faut apercevoir une des techniques suivantes : Les éperons drainants 11
Un réseau de drains profonds sub-horizontaux Le rabattement par tranchées drainantes placées en amont du talus, au delà de la ligne de glissement potentielle. Pour plus de détails ( voir annexes). Remarque Les talus de remblais sont faciles à traiter, mais encore faut-il que l'emprise soit suffisante pour assurer la stabilité mécanique. La facilité de leur traitement provient aussi du fait qu'ils sont réalisés par un matériau d'apport normalement contrôlé et bien compacté. EXECUTION ET ENTRETIEN a) Exécution Lors de l'exécution d'un talus il est déconseillé d'utiliser les outils de terrassement munis de dents, ces outils, laissent des sillons dans le sol, qui seront par la suite des amorces de ravins. Il faut que la pente soit la plus régulière possible, et que la surface soit lisse. Dans le cas des talus de déblai, il y a intérêt de procéder à la finition des talus au fur et à mesure de l'approfondissement.
b) Entretien Les systèmes de protection doivent être en bon état de fonctionnement. La végétation anti - érosive doit être suivie dans son développement, et empêchée ou limitée dans les systèmes de drainage. Les exutoires des drains de captage de sources ou de rabattement des nappes doivent être dégagés. Les parties du talus éboulées doivent être régulièrement réaménagées et confortées après avoir cherché les causes. Correction des ravins actifs par des constructions en pierres sèches par des gabions si c'est nécessaire. Les risbermes doivent être dégagées des débris du terrain, de la végétation gênante et de tout obstacle s'opposant à l'écoulement des eaux. Les fossés de crête doivent faire l'objet d'une attention particulière. Les sédiments déposés par l'eau doivent être évacués dans un lieu approprié. RECOMMANDATIONS Les fossés de crête devront être évités car leur efficacité est rarement durable. Il est aussi recommandé de procéder à la correction des ravins actifs par des constructions en pierres sèches et par des gabions si c'est nécessaire. 12
2ème PARTIE : DRAINAGE DU CORPS DE LA CHAUSSEE
• DRAINAGE DU CORPS DE LA CHAUSSEE • COUCHE DRAINANTE • DRAIN EN ARRETE DE POISSON • TRANCHEE DRAINANTE TRANSVERSALE • TRANCHEE DRAINANTE LONGITUDINALE • ECRAN DRAINANT DE RIVE DE CHAUSSEE (EDRC) POSITION DU PROBLEME Le drainage du corps de la chaussée a pour but de limiter, en durée et en quantité, la présence à l'intérieur du corps de la chaussée d'eau libre pouvant former une nappe suspendue. La présence de l'eau libre représente un danger pour la structure. Elle entraîne en effet, une perte de portance due à l'augmentation de la teneur en eau, des remontés de fines causant la contamination des couches inférieures et le décollement des couches de surface. COLLECTE DE DONNEES a) Reconnaissance du problème La présence de l'eau dans le corps de la chaussée peut se manifester par différents types de dégradations :
DRAINAGE DU CORPS DE LA CHAUSSEE b) Collecte des données Il s'agit de recueillir les données relatives aux arrivées d'eau et aux perméabilités des couches pour évaluer l'infiltration. En effet, l'eau peut provenir soit directement des précipitations, soit des inondations pouvant avoir lieu, ou encore des remontées capillaires. Le diagramme suivant résume les étapes préalables à l'établissement d'un projet de drainage interne. Ainsi, une fois que l'eau est parvenue aux différentes couches de la chaussée, elle suit les chemins de plus grande perméabilité, l'évaluation de la quantité d'eau à drainer passe par une estimation des infiltrations. 13
OBJECTIFS A ATTEINDRE Eliminer ou réduire les effets de l'eau accumulée dans la chaussée et dans le sol de fondation ; Rabattre les nappes proches des ouvrages ; Intercepter les remontées capillaires ; Eliminer les effets de bord ; Capter et collecter les eaux infiltrées dans les terres pleins et aménagements annexes. SYSTEMES ADOPTES Le drainage des eaux internes peut se faire par des: Couches drainantes ; Tranchées drainantes (longitudinale et transversale) ; Drains en arrête de poisson ; Ecrans drainants de rive de chaussée. Tous ces systèmes se caractérisent par un point commun qui est l'utilisation des matériaux drainants. CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX DRAINNANTS a) Matériaux enveloppés dans un géotextile Grave creuse 0/30 avec un E.S >50 passant à 2 mm < 10% Enveloppés dans un géotextile (200 à 300 g/m2) anticontaminant. Drain non enveloppé en béton poreux ou en PVC. b) Matériaux non enveloppés l Solution facile sur chantier : - Grave routière 0/30 de granulométrie continue avec un E.S > passant à 2 mm < 10% pour le drain en béton poreux passant à 2 mm < 15% pour le drain en PVC - Drain en béton poreux ou en PVC dont il est conseillé d'envelopper dans un géotextile. Solution élaborée et plus coûteuse (application des règles de TERZAGHI ) 14
- Le matériau doit vérifier : D15 / D85 > 5 non contamination D15 / d15 > 5 pouvoir drainant D60 / D10 < 20 pour éviter la ségrégation à la mise en oeuvre. avec Dx maille du tamis qui laisse passer x% du matériau drainant. dy maille du tamis qui laisse passer y% du matériau à drainer. Le LPEE propose un tout-venant 0/40 ou 0/60 ou un matériau à granulométrie serré 20/40. Remarque : En traçant les courbes granulométriques des GNF et GNT proposées par le C.S.T Marocain il s'est avéré que les GNF ne peuvent drainer les GNT car elles ne répondent pas aux critères de TERZAGHI.
COUCHE DRAINANTE DEFINITION La couche drainante est un tapis de matériaux drainants supportés par le sol de fondation ou éventuellement par la couche de forme. On fait appel à cette technique de drainage interne, surtout lors des renforcements des chaussées existantes. DIMENSIONNEMENT Dimensionner une couche drainante revient à déterminer son épaisseur H. Elle doit satisfaire à certains critères à savoir : Epaisseur suffisante pour que la frange capillaire n'atteigne pas la couche supérieure ; Epaisseur compatible avec la portance exigée pour supporter les contraintes du trafic ; Epaisseur ayant un minimum de 20 cm. SCHEMA REPRESENTATIF
DOMAINE D'APPLICATION Sous les accotements et le fossé latéral, pour drainer les eaux infiltrées à travers l'accotement ; Sur toute la largeur de la chaussée, s'il y a risque de remontées capillaires, dans ce cas la couche drainante doit être connectée à une tranchée drainante longitudinale ; 15
Lors des travaux d'élargissement pour assurer une continuité du drainage interne; Aux points bas du profil en long où il y a risque d'accumulation des eaux ; Passage déblai - remblai ou profil mixte ; Sous les accotements des chaussées renforcées ; Points bas du profil, appliquée sur toute la largeur de la chaussée. EXECUTION Il faut tenir compte des éléments suivants : Bonne communication avec le système de collecte (drains, fossés..); Respecter la pente de 6% à la base de la couche; Prévoir une couche anti - contaminante d'épaisseur de 10 cm. SURVEILLANCE ET ENTRETIEN Fossés et exutoires entretenus pour éviter la stagnation d'eau entraînant le mauvais fonctionnement de la couche drainante; Evaluation continue du bon fonctionnement de la couche drainante. Remarque : La couche drainante est le moyen le plus fiable mais il faut une justification économique de son utilisation à cause du surcoût. Au Maroc c'est la technique des drains en arrête de poisson qui est la plus utilisée.
DRAIN EN ARRETE DE POISSON DEFINITION C'est une technique dérivée du drainage par tranchées drainantes transversales. Cette technique est largement utilisée au Maroc dans le cas de renforcement des routes anciennes par une G.N.T, ils sont placés en quinconce de part et d'autre de la chaussée et distant de 20 m. DOMMAINE D'APPLICATION Sous les accotements dans le cas : d'un renforcement d'une chaussée existante; d'un élargissement. OBJECTIFS A ATTEINDRE Evacuer l'eau infiltrée dans le corps de la chaussée qui se trouve piéger entre l'ancienne chaussée moins perméable et l'accotement ; Assurer la continuité du drainage interne. DIMENSIONS Le manuel de renforcement des chaussées revêtues prévoit l'utilisation des drains en arrête de poisson, sous les accotements, dans tous les profils types qu'il propose.
16
Perspective des drains en arrête de poisson
Les dimensions à donner aux drains en arrête de poisson sont les suivantes : 40 cm de largeur dans le cas d'un renforcement, ils doivent empiéter dans l'ancienne chaussée de 0,50 à 1 m - la distance entre deux drains successifs est 20 m. SURVEILLANCE ET ENTRETIEN Dans le cas du raccordement avec un fossé, il faut veiller à ce que l'aval des drains soit bien dégagé, et le fossé aussi profond que possible, de façon à ne pas introduire dans la chaussée, les eaux collectées. Il faut s'assurer que l'extrémité amont de la couche de la G.N.T ne puisse jamais être plus basse que le niveau le plus haut de l'eau dans le fossé.
17
TRANCHEE DRAINANTE TRANSVERSALE DEFINITION C'est une saignée réalisée dans le sol de fondation pour capter les eaux infiltrées dans le corps de la chaussée. Elle est soit transversale soit en biais de 60 ° par rapport à l'axe de la route. DOMAINE D'APPLICATION Les points bas du profil en long ; Passage déblai – remblai ; Elargissement de plates formes ; Profil mixte. OBJECTIFS A ATTEINDRE Accélérer l'évacuation des eaux dans les points bas du profil Intercepter l'écoulement de l'eau lorsque la pente longitudinale dépasse la pente transversale (pour minimiser le chemin d'écoulement ). DIMENSION
EXECUTION Fouilles exécutées à sec ; Toute partie du tuyau ou du filtre souillé doit être remplacée ; Drains construits de l'amont vers l'aval pour éviter la contamination par les eaux superficielles ; Matériaux filtrant mis en couches minces et compacté à la main jusqu'à la hauteur de 30 cm au delà de laquelle on utilise un engin mécanique léger.
18
TRANCHEE DRAINANTE LONGITUDINALE DEFINITION C'est une tranchée exécutée au bord de la chaussée, remplie de matériaux drainants et éventuellement d'un drain servant à la collecte des eaux. OBJECTIFS A ATTEINDRE l Conduire les eaux évacuées latéralement par la couche drainante et les drains en arrête de poisson et éventuellement les eaux infiltrées à travers les accotements et bermes centrales.
DOMAINE D'APPLICATION Lorsque l'emprise de la route est étroite et on ne peut pas exécuter des fossés latéraux profonds; Sous les fossés revêtus; Lorsque la pente du profil en long est faible. DIMENSIONS
19
Remarque Q est en général faible et conditionne rarement le choix du diamètre intérieur du tuyau . On prend 6 cm au minimum, pour les tuyaux en poterie 10 cm au minimum, pour les tuyaux en béton. Pour un bon fonctionnement de l'ouvrage, il faut placer le tuyaux au dessous de la couche drainante, si les conditions de l'exutoire le permettent. Les tranchées drainantes sont munies de chambres de visite où débouchent les eaux vers des fossés ou collecteurs enterrés. EXECUTION Fouilles exécutées à sec; Toute partie du tuyau ou du filtre souillé doit être remplacée ; Drains construits de l'amont vers l'aval pour éviter la contamination par les eaux superficielles ; Matériaux filtrant mis en couches minces et compacté à la main jusqu'à la hauteur de 30 cm au delà de laquelle on utilise un engin mécanique léger.
ECRAN DRAINANT DE RIVE DE CHAUSSEE (EDRC) DEFINITION C'est une tranchée drainante étroite à parois minces verticales. Les éléments constitutifs sont soit préfabriqués soit élaborés sur chantier. Un EDRC joue le rôle d'un écran capillaire, en effet, si l'on interpose en rive de chaussée un écran drainant celui-ci va entraver à l'immigration des eaux par succion depuis les zones à forte humidité (accotements) vers les moins humides (sol de fondation) donc il permet d'éviter l'effet de bord. L'écran drainant permet en outre d'évacuer l'excès d'eau du corps de la chaussée. DOMAINE D'APPLICATION L'emploi d'un EDRC s'impose selon le type de route, le type de sol et le climat: a) le type de route 1- chaussée neuve Lorsque la solution de l'imperméabilisation des accotements ne peut pas être envisagée, ou lorsque le sol de fondation est en déblai ou au voisinage du terrain naturel. 2- chaussée existante La recommandation d'un EDRC ne peut se faire qu'après un diagnostic des dégradations. La constatation de fortes déflexions et affaissements de rive par rapport à ceux de l'axe est un signe d'un effet de bord. La résurgence d'eau chargée de fines en est un autre. Dans le cas où la cause ne peut pas être décelée, il semble prudent d'inclure un EDRC dans le projet d'amélioration de la route. b) le sol Dans tous les sols à forte succion (argiles fines). c) le climat 20
Dans les régions où le phénomène du gel et dégel est limitée et où la nappe ne se rapproche pas du sol de fondation (1m mini). Dans tous les cas le besoin de drainage doit être mis en évidence par une étude géotechnique. DISPOSITION CONSTRUCTIVE
RS : revêtement superficiel CF : couche de fondation SF : sol de fondation. DIMENSIONS a) EDRC en matériaux drainants
H = 1.00 à 1.20 m L = 0.15 m minimum = 0,25 m maximum D : diamètre du drain collecteur = 50 mm recouvert de fentes de largeur de 0.9 à 2 mm = 0.25 m maximum
matériaux pour l'âme : D90 >= Teneur en particules inférieures à 0.02 mm < 3% Si la teneur en particules inférieures à 0.02 mm est comprise entre 3 et 6% il faut avoir D40 / D 90 < 5 b) EDRC préfabriqué 1 - EDRC à âme en polyéthylène ou polypropylène entouré d'un géotextile avec une cuvette étanche à la base du drain PVC. 2 - EDRC à âme drainante en géotextile associée à un collecteur, le tout enveloppé dans un filtre géotextile. les dimensions sont : H de 0.50 à 1.00 m L de 0.20 à 0.25 m
21
EXECUTION Excavation de la tranchée par les engins mécaniques ; Pose de l'écran. Elle doit être plaquée contre la rive de la chaussée ; Remblayer la tranchée ; Compactage du remblai ; Imperméabilisation du dessus de l'écran. RECOMMANDATIONS L'utilisation d'écran capillaire doit se justifier économiquement en le comparant à d'autres dispositifs de drainage (tranchée drainante, imperméabilisation d'accotement, ..). Un écran capillaire ne peut ni permettre le rabattement d'une nappe ni lutter contre le phénomène du gel - dégel que si celui-ci est faible.
22
3ème PARTIE : COLLECTE DES EAUX
• COLLECTE DES EAUX • FOSSE TRIANGULAIRE NON REVETU • FOSSE TRAPEZOIDAL NON REVETU • FOSSE TRIANGULAIRE REVETU • FOSSE TRAPEZOIDAL REVETU • FILETS D'EAU • AVALOIR • DESCENTES DE TALUS POSITION DU PROBLEME L'eau qui ruisselle trop rapidement sur les surfaces terrassées les érode et déchausse le bord du revêtement . L'eau qui stagne provoque des éclaboussements et forme des plaques de glace en hiver . L'eau qui s'infiltre réduit la capacité portante de la chaussée et colmate les systèmes de drainage interne par les particules fines qu'elle porte. L'eau qui stagne sur l'accotement - réduit la portance de ce dernier ; - conduit à la formation des ornières ; - s'infiltre vers le corps de la chaussée. COLLECTE DE DONNEES Données pluviométriques; Données topographiques : forme du terrain (pentes) ; Données géotechniques : nature du sol (érosion) ; Données hydrologiques : détermination du bassin versant et du débit de dimensionnement du projet. OBJECTIFS A ATTEINDRE Conduire les eaux de l'emprise de la route vers l'exutoire naturel ou aménagé, dans un délai convenable en maîtrisant les débits, afin d'éliminer et de diminuer le danger qu'elles constituent pour la route. Plusieurs ouvrages sont utilisés pour répondre à cet objectif ; à titre d'exemple on cite : Fossé revêtu ou non Canalisations enterrées Caniveaux Filets d'eau en surface ou avec tuyau souterrain et avaloirs Passages souterrains. EVALUATION DE LA CAPACITE DES OUVRAGES Pour calculer le débit que peut transiter un ouvrage de collecte on utilise la formule de MANNING-STRICKLER.(voir annexe ) 23
COLLECTE DES EAUX FOSSE TRIANGULAIRE NON REVETU SCHEMA REPRESENTATIF
DOMAINE D'APPLICATION Pied de talus de remblai; Pied de talus de déblai; Terrain naturel. DIMENSIONS
Remarque Les fossés triangulaires non revêtus ont les avantages suivants : Facilité d'exécution par les engins mécaniques Facilité d'entretien par les engins mécaniques. Plus sécuritaire vis à vis des usagers Moins cher. Ils présentent toutefois quelques inconvénients : Capacité d'évacuation limitée par rapport aux autres formes Infiltrations possibles à travers l'ouvrage Dans le cas ou h est petite il n'y aura pas possibilité de drainage des couches de la chaussée. Attaqués par l'érosion si la pente est forte.
FOSSE TRAPEZOIDAL NON REVETU SCHEMA REPRESENTATIF
24
DOMAINE D'APPLICATION Pied de talus de déblai Pied de talus de remblai lAu droit du terrain naturel. DIMENSIONS b(m)
B(m)
h(m)
Q(l/s)
0.50
1.50
0.50
5100.p1/2
Remarque Le fossé trapézoïdal a les avantages suivants : Peut drainer les couches de la chaussée s'il est proche de celle-ci Economique Une capacité relativement importante Facile à entretenir et élargir le cas échéant. Parmi ses inconvénients on cite : Infiltrations possibles vers le corps de la chaussée Attaqué par l'érosion si la pente est forte. SURVEILLANCE ET ENTRETIEN Il faut procéder à l'entretien et le curage de tels fossés avant les saisons pluviales. S'il y a risque d'érosion dû à une forte pente longitudinale (généralement à partir de 3,5% ) on a intérêt à couper le fossé en petits barrages pour ralentir les vitesses, ou à revêtir le fossé(voir partie généralités) : Schéma représentatif
RECOMMANDATIONS Si l'emprise de la route est large, il y a intérêt à prévoir des fossés larges de pente aussi faible que possible pour diminuer la vitesse de l'écoulement. Le fossé trapézoïdal présente un danger pour l'usager dans le cas d'un stationnement accidentel ou provisoire.
25
FOSSE TRIANGULAIRE REVETU SCHEMA REPRESENTATIF
le revêtement est en : béton enduit asphaltique perré DOMAINE D'APPLICATION il est recommandé dans les zones érodables de : Pied de talus de déblai Pied de talus de remblai DIMENSIONS
Remarque Le fossé triangulaire revêtu a les avantages suivants : facilité d'exécution favorable à l'aspect sécurité limite les infiltrations entretien facile non érodable Parmi ces inconvénients : coûteux ne peut pas intercepter les eaux internes de la chaussée.
26
FOSSE TRAPEZOIDAL REVETU
Revêtement en : perrés, pavés ou moellon maçonnerie béton préfabriqué ou coulé sur place en produit bitumineux DOMAINE D'APPLICATION Dans les zones érodables de : pied de talus de déblai pied de talus de remblai DIMENSIONS b(m)
B(m)
h(m)
Q(l/s)
0.50
1.50
0.50
1220.p1/2
Remarque : Le fossé trapézoïdal revêtu a les avantages suivants : forte capacité entretien usé évite l'érosion élimine les infiltrations vers la chaussée. Parmi ses inconvénients : coûteux ne peut pas recueillir les eaux infiltrées dans la chaussée présente un danger pour les usagers lors d'un stationnement accidentel. RECOMMANDATIONS : L'instruction de la DRCR préconise : l pour les fossés non revêtus une hauteur de 0.50 m au minimum. l les fossés revêtus du bord de la chaussée doivent être exécutés sur une tranchée drainante longitudinale. La pente longitudinale doit être suffisante pour éviter la stagnation et le dépôt (minimum 1%).
27
FILETS D'EAU DEFINITION Ce sont des éléments de collecte des eaux de ruissellement placés le long du revêtement. Ils doivent guider sur de courtes distances les eaux superficielles vers des ouvrages de capacité supérieure. Ils peuvent faire partie du revêtement ou constitués de matériaux différents, préfabriqués en béton, coulés sur place ou en pavage. ETABLISSEMENT DU PROJET I) FILET D'EAU EN BETON
DIMENSIONS Type
Dimensions (en cm) a
c
h
A
5
5
3.5
B
75
7.5
5
C
100
10
6
D
20
10
0
E
20
3
2
Remarque Les trois premiers types sont coulés sur place et les autres préfabriqués. La longueur nominale est : De 1.00 m pour les filets d'eau posés en alignement droit De 0.50 m pour les filets posés en courbe. DOMAINE D'APPLICATIONS Création d'un filet d'eau en bord de plate-forme, ou à l'intérieur d'un ouvrage plus important revêtu. Ils sont utilisés en général dans les zones urbaines ou pour des sections en déblai étroites. EXECUTION Pentes des filets d'eau d'au moins 0.8% (0.4% comme limite ) pour éviter la stagnation. Lorsque la pente longitudinale de la chaussée est inférieure à cette valeur, on doit essayer de donner au filet d'eau un profil en zigzag pour avoir une pente suffisante. Dans tous les cas, le décrochement de 1 ou 2 cm par rapport à la chaussée nous permet ceci. 28
Remarque On note que ce type d'ouvrage présente l'avantage d'être favorable à l'aspect sécurité, d'entretien facile et évite l'infiltration et l'érosion. Cependant, sa capacité est faible et il nécessite un entretien fréquent (la moindre obstruction peut dévier l'écoulement). II) FILET D'EAU NON REVETU Les filets d'eau en asphalte coulé ont 0.20 m de largeur et 3 à 5 cm d'épaisseur selon ce que prescrivent les documents d'adjudication. La composition de l'asphalte coulé, répond aux caractéristiques suivantes : Teneur en liant 8 à 12 % Pénétration du liant 50 au maximum Matériaux utilisés ( sable , pierrailles , filer ) III) FILET D'EAU EN BLOCS ASPHALTIQUES Les dimensions des blocs pour filets d'eau sont les suivants : Dimensions (cm) Type
Largeur
longueur
A
12.5 à 12.7
30.4 à 30.6
B
14.8 à 15.2
29.8 à 30.2
épaisseur : 50 mm (± 2 mm) IV) AUTRES TYPES DE FILETS D'EAU
29
EXECUTION Imperméabiliser l'accotement; Soigner le raccordement filet d'eau / terrain naturel en ménageant un léger décrochement. S'assurer que l'accotement ne constitue pas un obstacle au cheminement de l'eau vers l'ouvrage. SURVEILLANCE ET ENTRETIEN Les filets d'eau sont des éléments dont l'entretien est facile, mais encore faut-il le faire régulièrement. Il consiste à : Dégager les éléments pouvant faire obstacle à l'écoulement (manuel ou mécanique): Traiter et entretenir les accotements au cas où ils empêchent l'eau decouler vers le filet d'eau; Maintenir le filet d'eau (remplacer les parties défaillantes).
AVALOIR DEFINITION Un avaloir est un ouvrage qui permet à l'eau s'écoulant sur la chaussée (le plus souvent le long d'un filet d'eau) de descendre dans un ouvrage situé à un niveau inférieur et généralement enterré (collecteur, buse de traversée ...).
ROLE Les fonctions principales d'un avaloir sont les suivantes : capter toute l'eau superficielle de l'écoulement descendre l'eau à un niveau inférieur faciliter l'engagement de l'eau dans l'ouvrage suivant arrêter les déchets importés par l'eau laisser les particules fines se déposer (décantation ) éviter la remontée d'effluves d'un réseau d'assainissement unitaire grâce à la mise en place d'un siphon 30
L'avaloir peut être au même niveau que la chaussée il est alors recouvert d'une grille métallique destinée à permettre le passage des véhicules et d'arrêter les corps étrangers. Il peut être aussi encastré dans une file de bordures de trottoir, et de toute façon il doit assurer sa fonction sans atteinte à la sécurité des usagers. DIMENSIONS Les avaloirs ont une ouverture minimale de 30 cm pour les route à faible pente, et 40 cm pour les autres cas. Remarque Il faut tendre à diminuer son agressivité tout en veillant : Au bon fonctionnement de l'ouvrage A ce qu'il soit visible On peut rendre l'avaloir favorable à l'aspect sécurité en : Diminuant la hauteur des murets de retenue des terres Evitant les parois verticales Soignant les orientations des grilles. SURVEILLANCE ET ENTRETIEN L'entretien courant visera à maintenir et à améliorer toutes les fonctions de l'avaloir. Il consiste à : Dégager les grilles Veiller à l'orientation des grilles ( grilles plates et carrées avec fentes orthogonales au sens de la circulation ) Nettoyer le fond de l'avaloir (dépôts évacués ) Surveiller le fonctionnement en période pluvieuse L’entretien peut avoir comme objectif, l'amélioration du fonctionnement de l'avaloir par l'exécution de modifications limitées : Reprise du cheminement d'eau (fraisage d'excédent d'enrobé) Abaissement de la tête de l'avaloir Elargissement de l'entonnement Nettoyage de la grille en cas de dépôts importants Stabilisation des surfaces de l'écoulement. BOURRELET ET DESCENTES D’EAU Bourrelet : Il a pour rôle d’éviter l’érosion du talus lorsque la chaussées est déversée vers l’extérieur. Le risque d’érosion augmente avec la hauteur et la pente du talus ; il dépend également de la pluviosité locale, de la cohésion du sol et de la présence de la végétation. Le bourrelet est un élément de collecte des eaux de ruissellement placé le long du revêtement. Il doivent guider sur de courtes distances (50 à 60m) les eaux superficielles jusqu’à une descente d’eau ou un système d’engouffrement vers un ouvrage enterré. Les bourrelets sont en enrobé ou en béton. En principe, on prévoit les bourrelets en crête de talus dès que la hauteur de remblai dépasse 4m. On remarque que ce type d’ouvrage présente l’avantage d’être favorable à l’aspect sécurité, d’entretien facile et évite l’infiltration et l’érosion. Cependant, sa capacité est faible et il nécessite un entretien fréquent (la moindre obturation peut dévier l’écoulement). 31
• Descentes d’eau : POSITION DU PROBLEME L'eau collectée en haut des talus et aux bords de la chaussée doit rejoindre le système d'assainissement qui borde la route. DEFINITION Une descente d’eau de talus est un ouvrage préfabriqué mis en place à la surface du talus ou enterré, qui permet l’acheminement des eaux pluviales vers le système d’évacuation. Il existe deux types :
Quant les eaux sont canalisée en remblais on doit prévoir l’aménagement d’une descente d’eau tous les 40 m environ ; en courbe, cette distance doit être réduite à 30 m du coté intérieur de la courbe. Les différents espacements entre les descentes d’eau qui figurent dans le tableau ciaprès sont données en fonction de la pente longitudinale : PENTE (%) I < 0.3 0.3 < I < 0.5 0.5 < I < 0.7 I > 0.7
DISTANCE ENTRE DESCENTE D’EAU (m) 30 40 50 60
Il existe deux types de descentes : 32
Descentes d’eau de surface (les plus utilisées) ; Descentes d’eau enterrées. a). Descentes d’eau superficielles : � Talus – tuiles en béton : « petit modèle » 30 à 50 l/s « grand modèle » 200 à 250 l/s
DOMAINE D'APPLICATION A la sortie d'une buse au d'un dalot Aux points de raccordement du fossé de crête à l'exutoire Des demis – tuyaux en amiante – ciment, en béton, ou métallique peuvent également être utilisés. Ils sont emboîtés les uns dans les autres et ancrés dans les talus à l’aide de plaques ou de plots en béton ; leurs pose est plus rapide que celle des talus – tuile ; Pour des débits plus importants, on peut réaliser des ouvrages coulé en place. Il est également possible d’utiliser des tuyaux (PVC) noyés dans les talus de remblai. Les quelques éléments suivants peuvent guider le choix entre ces deux types de descentes indépendamment des problèmes de coût.
ENTRETIEN COURANT Nettoyage et maintenance Surveillance de l'entonnoir pour voir si toute l'eau s'y écoule au lieu de prendre un autre chemin.
33
4ème PARTIE : OUVRAGES DE FRANCHISSEMENT POSITION DU PROBLEME Naturellement, les routes coupent des cours d'eau permanents ou saisonniers (oueds, thalwegs, ...). Ces points d'intersection constituent les points les plus dangereux, ils conduisent souvent soit à la destruction de la voie, soit à sa submersion et dans des cas à l'interruption de la circulation, ou la diminution de la vitesse. COLLECTE DE DONNEES a) Reconnaissance du problème Pendant la saison pluviale, des petits ruisseaux d'eau s'établissent au bord de la chaussée ou traversent celle-ci. Pendant les averses, un nombre important des routes nationales sont impraticables à cause des crues qui conduisent à des coupures de circulation. b) Collecte de données Hauteur d'eau à l'amont et à l'aval Type d'entrée La rugosité des parois Longueur de l'ouvrage Pente de l'ouvrage. OBJECTIFS A ATTEINDRE Le rétablissement des écoulements sans danger ni pour la route ni pour l'usager. Les buses et dalots sont généralement les ouvrages les plus utilisés.
34
DEFINITION Ce sont des petits ouvrages hydrauliques qui permettent à l'eau de franchir la route, en passant au dessous de celle-ci. Les buses sont de forme circulaire, en béton armé ou en métal, alors que les dalots sont de forme rectangulaire, cadres ou portiques, également en béton armé. ETABLISSEMENT DU PROJET Le dimensionnement d'un ouvrage de franchissement dépend, comme il a été déjà signalé du niveau de l’eau à l'amont et à l'aval de l'ouvrage. La méthode de DELORME permet d'obtenir un prédimensionnement de l'ouvrage a) Sortie noyée (écoulement en charge) C'est le cas où le niveau à l'exutoire immédiat de l'ouvrage dépasse le bord supérieur de l'ouvrage. L'écoulement se fait alors par surélévation du niveau amont.
b) Sortie dénoyée (écoulement en charge ) : C'est le cas où la hauteur amont du plan d'eau dépasse 1,25 D, avec D hauteur du dalot (resp diamètre de la buse ). La sortie est libre.
c) Sortie dénoyée et écoulement à surface libre Dans ce cas la hauteur d'eau amont est entre D et 1,25D
d) Ecoulement à surface libre C'est le cas où l'entrée et la sortie sont libres, il s'établit alors un écoulement à surface libre.
35
DOMAINE D'APPLICATION Les buses sont généralement utilisées dans les sections où l'on dispose d'une épaisseur de remblai suffisante (0,80 m minimum). Ils doivent avoir un diamètre minimal de 80 cm exigé pour l'entretien, et dépassent rarement 120 cm. Les dalots sont utilisés là où l'on ne dispose pas de remblai suffisant pour l'utilisation d'une buse, et lorsque les débits à évacuer sont élevés (> 10 m3 / s).
FACTEURS INFLUENCANT LE CHOIX DES OUVRAGES HYDRAULIQUES I- Ouvrages types de franchissement Les ouvrages de franchissement routiers peuvent être groupés selon la classification suivante : Buses : conduites de section en voûte , en général circulaire, entourées par le remblai. Dalots : ouvrages de section rectangulaire entourés par le remblai. Radiers : structures avec la ligne rasante près du fond des cours d’eau et qui permettent le passage des eaux au dessus de la route; ils sont employés dans les cours d’eaux dont le lit se maintient sec pendant une longue période de l’année. Ponts : structures où le remblai est interrompu et où la route continue par un tablier sur des appuis (piles et/ou culées). II- Facteurs influençant le choix des ouvrages hydrauliques Les principaux facteurs influençant le choix des ouvrages hydrauliques sont : L’importance du débit à évacuer, qui fixe la section d’écoulement et le type de l’ouvrage. Les caractéristiques hydrauliques de l’ouvrage : coefficient de rugosité K, coefficient de perte de charge à l’entrée Ke, forme de la section d’écoulement (une section d’écoulement rectangulaire permet, dans le cas de faible hauteur d’eau, des débits plus importants qu’une section circulaire). La largeur du lit. Un ouvrage unique adapté au débit à évacuer et à la largeur du lit de la rivière est généralement préférable à des ouvrages multiples qui augmentent les pertes de charges et rendent plus difficiles le passage des corps flottants. La hauteur disponible entre la cote du projet et le fond du Thalweg. Pour déterminer la hauteur disponible pour l’écoulement des eaux, il faut tenir compte de l’épaisseur minimale des remblais de protection des buses ou de l’épaisseur des tabliers des ponts et ponceaux ainsi que de la revanche jugée nécessaire pour le passage des corps flottants en période de crue. Dans le cas de remblais importants, il faut tenir compte de l’incidence de la charge du remblai sur le coût de certains ouvrages ; par exemple, la buse circulaire métallique permet une hauteur de remblai plus importante que la buse-arche métallique. 36
Les conditions de fondation des ouvrages. Les buses métalliques déformables sont mieux adaptés aux sols susceptibles de tassements différentiels que les ouvrages voûtés massifs. La rapidité et la facilité de mise en œuvre. Les buses métalliques approvisionnées en éléments facilement transportables et montées sur place peuvent constituer une solution intéressante pour réduire les déblais d’exécution ainsi que dans le cas où l’accès au chantier est difficile. La résistance au choc. Les ouvrages massifs résistent mieux aux chocs provoqués par le charriage de matériaux solides : cas de torrents de montagne par exemple. L’examen des différents critères peut conduire à établir des comparaisons économiques de solutions différentes qui justifieront le choix retenu.
IMPLANTATION DES PETITS OUVRAGES HYDRAULIQUES I. Implantation des POH L’implantation des petits ouvrages hydrauliques est à examiner en plan et en profil en long. I.1-Trace en plan En plan, l’implantation d’un ouvrage hydraulique se fait en principe dans le lit du cours d’eau, en veillant à assurer un bon alignement entre l’OH et le lit naturel de l’oued comme illustré dans la figure ci-après.
Quant l’écoulement arrive sur la route avec un angle d’incidence aiguë, le respect du principe du maintien du lit naturel de l’écoulement décrit ci-haut induit des longueurs importantes pour les OH à projeter. Il est donc utile d’implanter l’OH de façon droite (biais = 90°) et de canaliser les eaux à l’amont et à l’aval de façon à garantire la continuité de l’écoulement.
37
Par ailleurs, cette configuration, pour les biais inférieur à 70°, sort du domaine d’application du logiciel CAD90 pour les dalots. Ce qui induit en plus du surcoût déjà mentionné, une difficulté conceptuelle qui n’est pas à la porté de tout le monde. On procède ainsi à une rectification du lit de l’écoulement en veillant à signaler les protections du coude du nouveau lit et des zones remblayées de l’ancien lit de l’oued.
I.2- Profil en long Le calage de l’ouvrage peut être plus délicat, il est lié à la pente du lit et aux contraintes éventuelles sur profil en long de la route. si la pente du lit est normale (0.5 à 6%) et s’il n’y a pas de contraintes sur le profil en long de la route, l’ouvrage sera calé suivant le profil en long du cours d’eau. si la pente est très élevée, deux types de solutions sont possibles. ⇒ Aménager des dispositifs de ralentissement de l’eau (dissipation de l’énergie) en conservant le profil en long du lit.
Dispositifs dissipateurs d’énergie
Cette solution est valable seulement dans le cas des dalots cadres, qui nécessitent la réalisation d’ancrage de l’ouvrage contre le glissement.
Ancrage de l’ouvrage
38
⇒ Caler l’ouvrage avec une pente plus faible que celle du cours d’eau en faisant déboucher l’ouvrage : en flan de talus en creusant la tête amont par rapport au terrain naturel
Solutions pour diminuer la pente
si la pente est faible ou nulle, l’ouvrage sera implanté avec la pente maximale que permet l’approfondissement du lit par curage. Pour avoir un écoulement libre en aval, il faut que la pente d’ouvrage soit moins égale à la pente critique d’écoulement dans l’ouvrage. ORGANIGRAMME GENERAL DE DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES HYDRAULIQUES
39
METHODOLOGIE DE CALCUL Report du tracé sur un fond topographique souvent 1/50.000 au 1/100.000 Repérage des cours d’eau sur le fond topographique Délimitation des Bassins Versants correspondants aux cours d’eau et planimétrie des surfaces Délimitation des débits correspondants aux différents cours d’eau par l’application des formules empiriques notamment de Mac-Math pour les BV de superficie inférieure à 1 km² et Mallet-Gauthier pour les surfaces supérieures à 10 km² Dimensionnement des ouvrages hydrauliques correspondants aux différents cours d’eau On utilise le plus souvent la formule de Delorme Définition du système global
Les écoulements des eaux par rapport à une route
1- INTENSITE i: Se définit par le volume d’eau précipité par unité de temps et par unité de surface: mm3/mm2.s. 2- DUREE t : C’est la durée de l’événement pluvieux. Peut être lue sur les enregistrements d’un pluviographe. 3- PERIODE DE RETOUR T: Caractéristique statistique qui renseigne sur la probabilité pour qu’un type d’événement pluvieux se présente en un endroit donné.
40
Relation Intensité Durée et Période de retour
Les caractéristiques d'un bassin versant influencent fortement sa réponse hydrologique, et notamment le régime des écoulements en période de crue ou d'étiage. Cette réaction, mesurée à l'exutoire du système par l'observation de la quantité d'eau qui s'écoule, permet d'établir un hydrogramme (représentation du débit Q en fonction du temps).
Type de bassins Les bassins versants peuvent être distingués en deux types : Les bassins versants « urbains » : ils présentent une imperméabilisation supérieure à 20 %, qui conditionne exclusivement le volume de la lame d'eau ruisselée.
41
Les bassins versants « ruraux » présentent une imperméabilisation inférieure à 20 %. Le volume ruisselé dépend de nombreux facteurs variables dans le temps, tels que le couvert végétal, l'antécédent pluviométrique, les pratiques culturales, etc…
Coefficient de ruissellement Cr La capacité d'un bassin versant à ruisseler est caractérisée par le coefficient de ruissellement qui est très souvent utilisé en hydrologie de surface. Son calcul et son emploi sont simples, mais notons qu'il peut conduire à commettre de grossières erreurs. Ce coefficient est défini comme étant le rapport du volume d'eau ruisselé sur le volume d'eau total précipité sur le BV.
Coefficient d'imperméabilisation En l'absence de mesure (cas le plus fréquent) sur les bassins de type Urbain, on utilise, en assainissement urbain, le rapport des surfaces imperméables raccordées au réseau à la surface totale du bassin versant.
Tableaux des coefficients de ruissellement Nature du sol
Coefficient de ruissellement
Type d’occupation
Coefficient de ruissellement
Toits
0.70 à 0.95
Commercial
0.70 à 0.95
Asphalte
0.85 à 0.90
Résidentiel :
Pavé
0.75 à 0.85
Lotissements
0.30 à 0.50
Dalle
0.40 à 0.50
Collectifs
0.50 à 0.75
Gravier
0.15 à 0.30
Habitat dispersé
0.25 à 0.40
Parc, Gazon
0.05 à 0.25
Industriel
0.50 à 0.80
Parcs et jardins publics
0.05 à 0.25
Terrains de sport
0.10 à 0.30
Terrains vagues
0.05 à 0.15
42
Couverture végétale
Bois
Pâturage
Culture
Morphologie
Pente (%)
Terrain avec sable grossier
Terrain argileux ou limoneux
Terrain argileux compact
Presque plat
0-5
0.10
0.30
0.40
Ondulé
5-10
0.25
0.35
0.50
Montagneux
10-30
0.30
0.50
0.60
Presque plat
0-5
0.10
0.30
0.40
Ondulé
5-10
0.15
0.36
0.55
Montagneux
10-30
0.22
0.42
0.60
Presque plat
0-5
0.30
0.50
0.60
Ondulé
5-10
0.40
0.60
0.70
Montagneux
10-30
0.52
0.72
0.82
5ème PARTIE INSPECTION ET SURVEILLANCE POSITION DU PROBLEME L’inspection a pour objet de contrôler périodiquement les systèmes de drainage et ses dépendances afin d’évaluer son efficacité et détecter toute détérioration susceptible de porter atteinte au bon fonctionnement du drainage. COLLECTE DE DONNEES a) Reconnaissance de problème Les inspections doivent être organisées de la manière suivante : Une première inspection avant les pluies pour assurer le bon fonctionnement du système de drainage existant (curage, entretien ....). Une deuxième inspection pendant les pluies afin de déceler les anomalies et les défaillances constatées (stagnation, débordement, mauvaise condition d’écoulement....) Une troisième inspection après la saison des pluies pour localiser les défaillances et anomalies en vue de programmer les interventions à entreprendre. b) Objectifs Assurer un drainage efficace; Créer un système d’inspection permanent et organisé ; Préconiser l’entretien adéquat pour chaque partie des ouvrages à drainer. 43
PLAN D’ACTION POSSIBLE La visite par temps des pluies est la méthode de reconnaissance la plus utile, car elle permet de percevoir immédiatement les problèmes liés au cheminement de l’eau et les conditions de fonctionnement des ouvrages. A cette occasion on doit vérifier les défaillances suivantes :
INSPECTION ET SURVEILLANCE Pour la chaussée : stagnation d’eau, cheminements longitudinaux ; Pour les accotements : stagnation, érosions ; Pour les ouvrages longitudinaux : présence ou non d’ouvrages écoulement assuré ou non, obstacles, sens d’écoulement points hauts, points bas..... Pour les ouvrages enterrés : différents raccordements, des buses (transversales ou longitudinales), stagnation par manque d’ouvrage têtes de buses...... Pour l’environnement immédiat de la chaussée : venues d’eau extérieurs (talwegs, voies adjacentes, drainage agricole); présence d’eau aux abords de l’emprise (sources...) Il est impératif de compléter cette reconnaissance par d’autres éléments : Résurgences sur chaussées Accotements surélevés ou non Section en déblai ou en remblai Relevé des dégradations ponctuelles de la chaussée Analyse des accidents de la route Exploitation des mesures de déflexion pour apprécier la portance de la chaussée. Durant les dernières décennies, le projeteur accorde, au dimensionnement des couches de chaussées plus d'importance au critère de portance qu'au système de drainage. Cependant, diverses expériences ont montré que la pérennité et le niveau de service d'une chaussée dépend globalement du fonctionnement de son système de drainage. Toutefois il s'avère nécessaire qu'un projet de drainage soit basé sur des calculs et des dimensionnements propres aux différents dispositifs, une bonne exécution et un entretien courant, pour s'assurer de son fonctionnement. Donc pour améliorer les pratiques en cours, on peut tirer un certain nombre d'enseignements, à savoir : 1) En matière de drainage, l'économie n'est pas à rechercher dans la réduction du coût des travaux. Il faut tenir compte des effets d'un mauvais drainage sur le comportement des chaussées et sur le coût d'entretien nécessaire pour maintenir la qualité du service attendue par l'usager. 2) Sur le réseau routier existant, il serait recommandé de définir des programmes d'amélioration de l'assainissement préalables aux opérations d'entretien et de renforcement. 3) Le principe du drainage interne consiste à évacuer les eaux infiltrées dans le corps de la chaussée, or cette eau une fois éliminée, il faut l'empêcher de revenir. On peut songer à favoriser les stratégies de reprofilage ou de traitement et imperméabilisation des surfaces. 4) La lutte contre le colmatage peut-être faite par usage de géotextiles donnant de bons résultats (exp. : drains en arrête de poisson..), ceci en tapissant la tranchée drainante du géotextile. Il y a lieu de garder un équilibre entre la perméabilité et le risque de contamination. En général, pour les sols fins on adopte de faible perméabilité pour le géotextile, pour les sols granulaires uniformes et sans fines on adopte des perméabilités très élevées.
CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS 44
On note aussi les facilitées de mise en œuvre et de construction lors d'utilisation du géotextile. 5) Pour tout système de drainage utilisé, il est toujours impératif de garder l'exutoire bien dégagé, débouchant au dessous du niveau d'eau du fossé. 6) Les systèmes de drainage doivent être conçus de manière à simplifier au maximum leur surveillance et leur entretien (chambres de visites, éléments d'évaluation....). 7) La technique des écrans drainants est à expérimenter au Maroc, pour évaluer ses avantages et justifier économiquement son utilisation dans le contexte national en s'inspirant des expériences Belges et Françaises. 8) Le choix d'un ouvrage de drainage devra tenir compte de : o La sécurité de l'usager. o L'entretien et exploitation o Dimensionnement mécanique. o Conditions économiques. 9) En ce qui concerne les matériaux drainants, les structures de chaussées avec GNA ou GNB sur GNF ne sont pas autodrainables. En effet, et malgré la perméabilité croissante du haut en bat, elles ne satisfont pas au critère de TERZAGHI. 10) Une attention particulière sera portée sur les dispositifs de drainage en cas de renforcement ou d'élargissement de chaussées existantes.
ANNEXES ANNEXE I Pour des chaussées en enrobé, l’épaisseur de la lame d’eau est calculée par la formule suivante :
avec l = ß x [1 + (n2 / n1)2] = longueur d’écoulement ß : largeur de la chaussée (en m) n2 : pente transversale (en %) n1 : pente longitudinale (en %) i : intensité des pluies (en mm/s) n : pente de l’écoulement Cette formule nous permet de constater que l’épaisseur de la lame est directement dépendante des profils adoptés.
ANNEXE II La vitesse d’écoulement peut être calculée par la formule de Manning- Strickler :
V: vitesse de l’écoulement (en m / s) 45
K: rugosité de Manning h: rayon hydraulique (en m) dans le cas d’une lame d’eau h est l’épaisseur de la lame. p: pente de l’écoulement (en %) Cette vitesse ne doit pas dépasser la vitesse critique du matériau sur lequel s’effectue l’écoulement.
ANNEXE III Dans cet annexe, on présente quelques techniques de rabattement des nappes tirées du “Guide de Confortement des Talus Naturels Instables”, Edition Mars 1996. Elles se présentent comme suit : Tranchées drainantes Eperons drainants Drains sub-horizontaux
46
ANNEXE IV Perméabilité des matériaux : Matériaux
K (en cm/s) 10-3 à 10-5 < 10-4 10-1 à 10-5 1 25 à 40 40 à 70
G.N.T Sable fin Sable grossier Gravillon Gravier sans matière d’agrégation Pierres cassées
40 à 80
Blocage
10-5 à 10-7 10-7 à 10-9
Sols limoneux Sols argileux
ANNEXE V Dans les climats tempérés, l’infiltration uniforme dans les revêtements peu perméables (K < 10-6 cm/s) est pratiquement continue avec un taux de l’ordre de 10-7 cm/s au plus. Par contre, dans des revêtements perméables (K > 10-3 cm/s) l’infiltration est discontinue et son taux peut atteindre l’ordre de 10-4 cm/s. Les infiltrations localisées dans des fissures et des joints ouverts ne peuvent généralement pas être évaluées à défaut de données relatives à l’emplacement et à la largeur des fentes.
ANNEXE VI Le dimensionnement de la couche drainante, au critère d’évacuation, se fait par la formule suivante :
H: épaisseur de la couche (en cm) K: perméabilité du matériau (en cm/s) voir annexe IV L: longueur de l’écoulement (annexe I) q: taux d’alimentation en (cm/s) avec Hmin = 20cm
ANNEXE VII Evaluation de la capacité des collecteurs : La formule la plus utilisée est celle de Manning-Stricker :
47
Q: débit (en l/s) K: rugosité de Manning dans les exemples donnés pour les fossés on choisit K = 67 pour les fossés revêtus K = 25 pour les fossés non revêtus Rh: rayon hydraulique (en m) p: pente de l’ouvrage en % calcul de RH : pour le fossé trapézoïdal:
S = (B+b).h/2 : section mouillée RH = S / (b+2. [h2 + (B-b)2/ 4]1/2) dans le cas d’un fossé rectangulaire B = b dans le cas d’un fossé triangulaire b = 0
ANNEXE VIII Prédimensionnement des ouvrages de franchissment La formule de DELORME sous sa forme générale:
avec Yc = 2/3 . H: hauteur critique à l’intérieur de l’ouvrage L : largeur de l’ouvrage H : hauteur de l’eau à l’amont Qc : débit critique pour les buses et dalots : s et B=L (ouverture) 0,8h < H < 1,2h où h est la hauteur du dalot (resp diamètre de la buse)
ANNEXE IX : CALCUL DES AFFOUILLEMENTS Affouillement normal La hauteur d’affouillement normal est déterminée par les formules empiriques communément utilisées dans le domaine des ouvrages d’art. Les formules à utiliser sont : Kellerhals, LPEE, Levi et condolios. La formule E.D.F est à écarter vu qu’elle donne une profondeur totale tenant compte de l’affouillement localisé autour des piles, alors que les ouvrages type cadre-fermé ne comportent pas de piles. Les expressions de ces formules sont : 48
Do : profondeur d’affouillement à partir du niveau d’eau, Q : débit de pointe en m3/s, Ws : débouché linéaire en cas de crue, d50, d90 : granulométrie de l’oued. La hauteur d’affouillement normal est déduite à partir de Do par : hN = Do-He. Affouillement dû au rétrécissement du lit de l’oued La hauteur d’affouillement relatif au rétrécissement du lit de l’oued est déterminée par les formules empiriques suivantes :
Do : profondeur d’affouillement normal, Ws1 : largeur au miroir du lit non rétréci pendant la crue, Ws2 : largeur au miroir du lit rétréci pendant la crue, Vmoy : vitesse moyenne dans le lit non rétréci, d50sur : dimensions moyenne du matériau dans la couche de surface, d50dr : dimensions moyenne du matériau dans la couche en profondeur, Affouillement total La hauteur d’affouillement total est la somme de la hauteur d’affouillement normal et de la hauteur d’affouillement dû au rétrécissement du lit de l’oued.
ANNEXE X : DIMENSIONNEMENT DES ENROCHEMENTS DE PROTECTION Pour éviter l'occurrence des érosions en aval mais aussi en amont des ouvrages hydrauliques, il est prévu de placer un tapis d'enrochement. Les enrochements à placer ont un diamètre moyen D50 qui est fonction de la vitesse à la sortie de l'ouvrage. En ce qui concerne l'épaisseur du tapis d'enrochement, il est considéré 2,0 x D 50. Sous le tapis d'enrochement, est placé un géotextile non-tissé aiguilleté qui fonctionne comme un filtre. 49
La largeur du tapis est égale à la largeur totale de la tête aval de l'ouvrage hydraulique. L'extension du tapis d'enrochement est faite en fonction de la section hydraulique de chaque ouvrage. Le diamètre moyen des enrochements D50 est évalué par la formule de Isbash, soit :
g : accélération de la pesanteur (9.81 m/s2) P : masse volumique de l’eau (1.00 t/m3) Ps : masse spécifique des enrochements (2.60 t/m3) v : vitesse moyenne admissible pour la stabilité des enrochements m : coefficient empirique qui dépend du régime d’écoulement et du type d’ouvrage à protéger (1.20).
ANNEXE XI : DOMAINE D’UTILISATION DES FORMULES DE CALCUL DE DEBIT DE CRUE Formules
Surface<1 km²
1
Mac-Math
Oui
Burkli-Ziegler
Oui
Oui
Rationnelle
Oui
Oui
Surface>10 km²
Mallet-Gauthier
Oui
Fuller II
Oui
Régionale
Oui
50
Royaume du Maroc Ecole Marocaine d’Ingénierie (EMG) Casablanca
DRAINAGE ET ASSAINISSEMENT ROUTIER
Elaboré par :Mr ALLA Ahmed
A Casablanca le 30-09-2013
51
