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. d’eau. ’affo ’affouillem uillement ent est causé par la présence présence de la pile elle!m"me elle!m"me # par son influence influence sur les courants environnants. a pile cause une accélération du débit et engendre un s$stème de tourbillons fi%es tridimensionnels comple%es qui augmentent la force d’érosion e%ercée sur le fond fond du cour courss d’ea d’eau. u. Ces Ces débi débits ts inst instab able less peuv peuven entt rapi rapide deme ment nt donn donner er nais naissa sanc ncee à l’affouillement lorsque le lit du cours d’eau est trop faible pour résister à la force d’érosion accru accrue. e. Une Une fois fois le proc procéd édéé encl enclen enc& c&é, é, les les fosse fossess d’af d’affo foui uille lleme ment nt peuv peuven entt s’agr s’agran andi dir r rapidement # déstabilisant les piles et rendant le pont moins stable. e problème lié à la présence des appuis du pont dans la rivière est l’estimation de la profondeur des fondations des piles et des culées en tenant compte de la profondeur d’affouillement. e niveau du lit de la rivière pourrait pourrait "tre c&angé sous l’influence de facteurs facteurs qui sont très liés entre eu%. C&aque facteur doit "tre pris en considération considération ainsi que leurs effets combinés, combinés, pour "tre en possibilité d’estimer l’affouillement l’ affouillement total du lit. (insi )r *U++ distingue ces c es facteurs comme suit -. a variati variation on général généralee du niveau niveau du lit de la rivière rivière en dépendan dépendantt de la variat variation ion du
II.
Estimation de l’affouillement général :
5endant l’écoulement des eau% en crue, non seulement le niveau de l’eau monte, mais encore le niveau du lit de l’oued en général baisse. a valeur de cet abaissement est évaluée par plusieurs formules
Formule de LARRAS : Issue d’une corrélation entre la largeur du plan d’eau 6 s et la &auteur d’eau majeur H 5our 1 < Ws < 1m 7 8 9./: 6 s :;< 5our Ws 1m 7 8 /.9 6 s 9.0 dn ! H " H e (insi (vec dn l’affouillement général Ws débouc&é linéaire en cas de crue de projet 357=4 He la &auteur des plus &autes eau%
Formule de LA#$"SI%&'S et AL(ER)S&'"A#*ERS et LA'+(E)' : * 8 9.> ? 59.0<
5our un lit sableu% 3 d,<-mm (insi
dn
/
A Ws
(vec / la profondeur d’eau en crue 0 le débit correspondant à la crus de projet d, dimension de la maille par laquelle passe @9A en poids de matériau du fond du lit Ws débouc&é linéaire en cas de crue de projet 357=4
III.
Estimation de l’affouillement d; au rétrécissement du lit :
ors 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. *ans ce cas la largeur libre de l’écoulement des eau% en cas de crues est rétrécie par des remblais d’accès ainsi que par les piles et les culées. Bi 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. Bi la largeur de la partie réduite est petite en rapport de celle e%istante en amont, les modifications du lit en profondeur peuvent "tre considérables.
Formule de LA2RSES : dc
/
.45 . 8 17
/
17
4
.
d6sur
d6
75
Ws1 Ws 4
-5
1
(vec dc l’affouillement d2 au rétrécissement du lit de la rivière / la profondeur d’eau dans la partie non rétrécie obtenue par la formule de *U++ 8 la vitesse mo$enne d’écoulement dans la partie non rétrécie d6sur dimension de la maille par laquelle passe 9A en poids de matériau de la surface du lit non rétrécie d6ro dimension de la maille par laquelle passe 9A en poids de matériau rencontré au fond de l’affouillement dans la section du lit rétrécie Ws1 débouc&é linéaire de la section du canal non rétrécie
I8.
Estimation de l’affouillement local autour d’une ile : a présence d’une pile dans l’écoulement d’une rivière apporte des tourbillons à l’écoulement des eau% qui sont localement très visible si le courant est vif. e niveau de l’eau au contact avec l’avant bec de la pile décroDt rapidement pour remonter lentement. es filets liquides dévies et les mouvement tourbillonnaires qui accompagnent leur déviation sont susceptibles de remanier le lit mobile d’une rivière. *’après un très grand nombre d’étude et d’essais sur le model réduit, il a été constaté que les formes des piles jouent un très grand rEle dans l’affouillement localisé autour de la pile cet affouillement varie considérablement avec la forme du f2t de la pile.
Formule de #HA)&2 : di!
. H.7 . /.5
(vec di l’affouillement local autour d’une pile coefficient de forme des piles égale à 1.4 pour les piles oblongues ou circulaires égale à 1.6 pour les piles rectangulaires H &auteur de l’eau% en tenant compte de l’affouillement général 3par la formule de (FF(B4 et de l’affouillement d2 au rétrécissement du lit de la rivière3par la formule de BGF(UH4 / largeur de la pile
Formule de %A=A et SA'#HE= (RI(IES#A :
(vec di l’affouillement local autour d’une pile la largeur de la projection normale de la pile perpendiculaire au courant
Formule de LARRAS : di
1
7 9
.*
7
(vec di l’affouillement local autour d’une pile la largeur de la projection normale de la pile perpendiculaire au courant * : coefficient de proportionnalité dépendant de la forme de la pile et de l’angle du plan de s$métrie de la pile et de la direction générale du courant
Ecoulement arall@le au lan de smétrie de la ile Forme des piles Circulaire Lenticulaire
Joukowski
Elliptiue
Coefficient de proportionnalité K Allongement des piles CHATOU IOWA TISOU ESCAUDE 1,00 1,00 1,00 1,00 2 0,91 3 0,76 4 0,73 0,67 7 0,41 4 0,86 4,1 0,76 4,5 0,76 2 0,91 3 0,83 -
(coule)ent non parall*le au plan $e s+)(trie $e la pile Forme des piles Allongement des piles ! Circulaire 1,00 Lenticulaire 2 0,91 3 0,76 4 0,76 Joukowski 4 0,86 4,5 Elliptiue 2 0,91 3 0,83 !"i#ale 4 0,93 !%lon"ue 2 1,00 3 1,00 4 1,00 4,5 &ectan"ulaire 2 1,11 4 1,11 4 /. 1,11 . 4,5 6 1,11 8 1,11 10 1,11
Coefficient de proportionnalité K' "! "#! $! %! 1,00 1,00 1,00 1,00 1,13 0,98 1,02 1,24 1,12 1,50 1,00 1,40 1,36 1,13 0,98 1,06 1,24 1,18 1,51 1,17 1,92 1,13 1,34 1,15 1,52 1,6 . 1,38 1,56 1,12 2,17 1,00 2,91 2,00 2,00 2,60 2,23 3,03 2,48 3,43
&#! 1,00 2,02 1,92 1,65 2,43 3,00 2,93 3,64 4,36
8.
Estimation de l’affouillement total :
’affouillement total au niveau de la pile d’un pont s era
d ! dn ? dc ? di 8I.
)aBleau récaitulatif des formules C utiliser:
(uteur
(ffouillement général du lit de la rivière
(FF(B
dn 8 9./: 6s:;< ! 7e
(ffouillement d2 au rétrécissement d u lit de la (ffouillement local autour rivière d’une pile
pour - J 6s J -9m
dn 8 /.9 6s 9.0 ! 7e
di
-9 0
5 0 ' .K
pour 6s -9m
(CL, BI)1+B et 5our un lit sableu% 3d,<-mm (H=FGB1+, ( 9.0< d n 9.'> ? 5 (CK=FB et 6s (+MH=G+ *U++
9.<-@ 9.9/: . N / d sur - 0 0 : 6 < : di89./:: 3N . 54 C9 s dc * . - d C9 pro *- 0 6s /
5our un lit graveleu% 3d,3-mm en cas de
* d @9
/9
d n 9./'@ . ? 5
en cas de
* d @9
9.>
. d @9
!9.-/
. 6s ! 9.>
/9
d n 9.'> ? 5
9.0<
( 6s
( 6s
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=*O
? 5 6s
/0
? 5 6s
C<
? 5 6s
:>
d C9
d n 9.-::
BGF(UH
/ :
d C9
d n 9./0'
C1+*1I1B
d C9
d C9
(
6s
- <
(
6s
- '
(
6s
0 -<
( 6s @ -'
6 d c 7e . s / 6s-
7e di8 . 79.0 . *9.:
C7(G1U
C()H=O1FG
<:
d n 9.:09
=NI
)(P( B(+C7=P HFIHI=BC(
? 5 6s
d n 9./-:
et
di8 39./07 Q -.0/*4 f
7
di
'
HF=+B=FB
di8 -. 5
' * f 0
rotections 8II.
Introduction : Un des problèmes qu’il est essentiel de résoudre dans l’établissement d’un ouvrage en rivière est celui de sa protection contre les affouillements. a mét&ode la plus courante pour la protection des fondations en rivière reste le tapis d’enroc&ement.
8III.
Les enrocDements :
e principe de protection par enroc&ements est très simple l’affouillement se produit par ce que les grains du sol constituant le lit sont asseR petits pour "tre entraDnés par les courants de crue. Bi l’on dispose sur le lit autour d’une pile un tapis ou massif d’enroc&ement unitairement asseR lourd pour que les courants les plus violents ne puissent les déplacer, les matériau% du lit soustraits à l’action du courant ne pourront "tre entraDnés et le lit ne sera pas affouillé dans la Rone protégée. l’e%périence prouve que les enroc&ements de protection, si lourds qu’ils soient, sont toujours déplacés puisque le niveau qu’atteint le massif d’enroc&ement contre le f2t d’une pile baisse toujours avec le temps et qu’il faut l’entretenir en le rec&argeant. Il faut comprendre le mécanisme de ce déplacement. Ce ne sont pas les enroc&ements de la surface de massif qui sont entraDnés, s’ils sont ont été c&oisis judicieusement asseR lourds. e lit s’affouille là oS s’arr"tent les enroc&ements et ces derniers glissent dans les fossés ainsi creusée. Ils se déplacent par ce que le pied de leur talus est ruiné. a solution T enroc&ements présente une grande variété de t$pes de profils et de structures, toutefois le dimensionnement passe toujours par la définition 3calcul4 de la masse 3ou diamètre4 des matériau% constitutifs 3bloc unitaire4 et ce, quelle que soit la partie de l’ouvrage concerné.
/imensionnement du Bloc Une règle simple pour c&oisir la taille de ces enroc&ements consiste à prendre des blocs dont le début du mouvement apparaDt pour la valeur double de la vitesse ma%imale pouvant servir. 1n calcul en général cette dernière en prenant la vitesse mo$enne ?;B. a formule d’IBH(B7 donne alors le coefficient m à partir de la vitesse d’entraDnement. 8
m 4g
s
(vec 8 la vitesse mo$enne admissible pour la stabilité des enroc&ements
d 6
g l’accélération de la pesanteur s la masse volumique du sédiment la masse volumique de l’eau d6 diamètre mo$en des enroc&ements
itesses caractéristiues des enrocDements our une densité moenne de 4.- tGm 7 *ésignation de la Naleur de classe m admise d’enroc&ements d9 -<99 # 999 Vg -./> 99 # -<99 Vg 9.> -99 # 99 Vg 9.0 / # -99 Vg 9.00 # / Vg 9./9 -# Vg 9.-/
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/onnées sur la mise en lace des enrocDements >d’ar@s S&+REAH es critères de mise en place sont principalement
l’épaisseur minimale de la couc&e.
la constitution et l’épaisseur des couc&es de transition.
L’éaisseur minimale : a couc&e de l’enroc&ement doit avoir une épaisseur égale au moins / fois le diamètre déterminé par les calculs &$drauliques. #oucDes de transition e terrain sur lequel doivent reposer les enroc&ements de protection, a presque toujours une granularité plus fine on peut craindre alors que des particules soient emportées à travers les vides du corps d’enroc&ement par effet de turbulence et que, peu à peu, l’ouvrage se détériore par éboulements successifs.
Ce risque est supprimé en interposant entre le terrain naturel et le corps d’enroc&ement une ou plusieurs couc&es de transition qui devront satisfaire au% conditions de non entraDnement des filtres. Cependant, les conditions de fonctionnement sont moins rigoureuses que celle des filtres, l’écoulement venant à travers l’enroc&ement pour en ressortir et une seule couc&e de transition est suffisante si elle est asseR épaisse 309 à 9 cm4 #onditions d 16 enrocDement d :6 transition d 16 enrocDement d :6 terrain
6
6
Ces conditions une fois remplis, celles citées ci!après le seront presque obligatoirement d 16enrocDement d 6 transition d 1enrocDement d 6 transition
46
4
d 16enrocDement d 6 terrain d 1enrocDement d 6 terrain
46
4
Bi plusieurs couc&es s’avéraient nécessaires, on peut aussi les définir puis les mélanger en une seule sur une épaisseur de l’ordre de 9.9m. 'ota Il ne faudra pas descendre en dessous de /9 cm pour l’épaisseur des couc&es de transition, car la mise en place par les engins de génie civil &abituelles n’est plus possible. #ommentaire . )ise en place d’un perré en enroc&ements a mise en place des perrés nécessite, en général, un bon blocage du pied si l’on ne veut pas voir la détérioration de l’ouvrage lorsque l’affouillement avoisine la profondeur du pied. Ce blocage peut "tre réalisé par une longrine en béton ou par une petite banquette constituée par des enroc&ements de diamètre identique à ceu% de perré.
/onnées sur les rotections de iles d’ourages : Il peut "tre calculé à l’aide de la formule 3/4 mais aussi à l’aide de la formule empirique du soviétique IBH(C7 correspondant à un cas intermédiaire oS les enroc&ements ne sont pas calés les uns sur les autres et celui oS il sont bloqués les uns sur les autres. 8
6
W6
avec 8 Nitesse d’entraDnement de bloc majorée d’un coefficient de -./ en général. W6 T poids mo$en unitaire en Kg 3masse4. Il est recommandé en outre, que le tapis d’enroc&ements ait une dimension égale à 0 fois le diamètre ou la largeur de la pile, et une épaisseur de deu% à 0 fois ce m"me diamètre toutefois, cette épaisseur doit tenir compte de la &auteur d’eau en vue d’assurer le libre passage des corps flottants.
*e plus, on place souvent une géote%tile au contact du fond de lit pour supprimer les risques d’affouillement.
I.
Les ara"ffouilles : Ces ouvrages de protection sont utilisés généralement pour les dalots. eur &auteur est déterminée sur la base de la &auteur d’affouillement et leur calcul de structure est similaire un mur de soutènement.
