Etude de barrage I.
Etudes préliminaires et APS
1- Les principales caractéristiques topographiques nécessaires pour qu’un site soit favorable à la réalisation d’un barrage sont : Volume de la retenue : il conditionne toute la conception du barrage, en effet, on cherche à disposer d’un volume d’eau pour le soutien d’étiage, l’irrigation ou l’eau potable, ou bien d’un volume disponible pour amortir une crue. Morphologie de la vallée : elle joue un rôle important dans le choix du site du barrage et du type d’ouvrage le mieux adapté, l’emplacement idéal et le plus économique est celui d’un site étroit, précédé à l’amont par un élargissement de la vallée, à condition que les appuis du barrage soient sains (resserrement indépendant d’une zone d’éboulement ou d’un glissement). 2- La chronologie des études préliminaires qui ont abouti aux résultats ci-dessus : Topographie et apports du bassin versant. Morphologie de la vallée. Géologie de la fondation. Disponibilité des matériaux. Hydrologie : évaluation des apports pour avoir une idée sur la faisabilité de remplissage de la retenue. Etude des crues et estimation de l’envasement pour avoir une idée sur la faisabilité économique. Faisabilité économique. 3- Le projeteur a pensé à un barrage en terre homogène vu les causes suivantes :
1
Exigences topographiques et géotechniques moins contraignantes Puisque la vallée est large, le barrage en béton engendre un coût élevé Le barrage en béton nécessite une fondation rocheuse en quantités et qualités suffisantes Les tassements des fondations meubles sous la charge d’un barrage en béton sont souvent supérieurs à ceux d’un barrage en terre 4- Le projeteur a pensé à un barrage en terre homogène et non pas à un barrage zoné au niveau des sites X et Y car les matériaux sont disponibles en quantités suffisantes ce qui est favorable pour un barrage homogène et pas un barrage zoné ; l’avantage principal du barrage homogène est le fait d’assurer l’étanchéité le long de toute la digue, or le barrage zoné assure l’étanchéité seul par un noyau central constitué de matériaux argileux. 5- l’emplacement idéal et le plus économique est celui d’un site étroit, précédé à l’amont par un élargissement de la vallée sont les deux raisons qui ont permis de choisir le site Z . Stade de l’APS : 6 - L’étanchéité de la fondation du site Y est acceptable ce qui favorise le barrage en terre, mais comme le site est étroit cela conduit au choix d’un barrage voûte, et donc l’écartement de ce site peut être dû à la non vérification de l’une des conditions suivantes : Les conditions topographiques : L/H < 6. La rigidité de la fondation qui doit être suffisante pour assurer un appui aux arcs : E > 5GPa. 7 La principale raison qui a écarté le site Z c’est le régime des crues, en effet il se peut que ce site soit exposé à des crues sévères ce qui permet pas le choix d’un barrage en terre.
2
8 Pour un barrage en voute les appuis doivent assurer une certaine résistance pour cela on doit déterminer la résistance à la compression simple ( σ adm = P R/ e ) tel que : P : pression hydrostatique R : rayon de la voûte e : épaisseur de la voûte
Etude de la nature et la configuration du terrain par les images d’un satellite artificiel
Présélection des sites de barrage possibles sur une grande étendue ; Etudes détaillées de la configuration du terrain par les photos aériennes
Etudes des caractéristiques topographiques (principalement adaptation au relief), et apport du bassin versant
Emplacement idéal
Etudes géologiques et géotechniques
Sélection des régions d’étude
Sélection de 3 sites ; X,Y,Z
Pas de présélection entre les 3 sites, mais on opte pour un barrage voûte pour le site Z.
Choix de 2 sites X et Z ; le site Z est intéressant avec un resserrement plus intéressant Site Y écarté. 3
Etudes des caractéristiques hydrologiques, Considération des apports moyens en eau et leurs fluctuations saisonnières
Site Z écarté.
Site X retenu Barrage BCR et Barrage du site X : II. Topographie, géologie et :géotechnique en terre homogène.
1.
Interprétation :
La rive gauche :
A l’amont on constate l’existence d’une couche mince des éboulis de pente et colluvions limono- graveleuses qui repose sur une couche de rocher altéré sur fissures, en dessous de cette dernière s’étend une série à dominante de schistes fins gréso-micacés. A l’aval de la zone d’emprise du barrage affleurent des barres de quartzites qui surmontent en contact stratigraphiques qui correspondent à la continuité des quartzites relevés à l’aval du barrage en rive gauche, qui repose sur une couche de rocher altéré sur fissures, en dessous de cette dernière s’étend une série à dominante de schistes fins gréso- micacés, dans cette rive on note l’existence d’un noyau de grés jaunâtres bioclastiques. Le lit de l’oued :
Le lit est comblé par des alluvions grossières sablograveleuses dont l’épaisseur est de 7 m aux pieds des rives de 15 m en partie centrale qui repose sur une série à dominante gréseuse à grésoquartzitiques; bancs d’épaisseur décimétrique à litage blanchâtre, en dessous de cette dernière s’étend une série à dominante de schistes fins gréso- micacés. La rive droite :
4
Elle est caractérisée par la dominance d’une série à dominante gréseuse à gréso- quartzitiques; bancs d’épaisseur décimétrique à litage blanchâtre surmontée à l’aval immédiat de l’oued par une couche mince des éboulis de pente et colluvions limono- graveleuses. Dans les forages SD2 et SD3 on note l’existence respectivement d’un niveau très facturé et une série à dominante de schistes fins gréso- micacés. Conclusion :
On doit procéder à un décapage des couches des alluvions et des rochers altérés citées au dessus qui menacent la stabilité et l’étanchéité du barrage, sachant que ces rochers altérés s’étendent de 2 à 6 m de profondeur.
2. Vu qu’une épaisse couche d’alluvions existe et qu’il serait trop coûteux de la retirer, on opte pour un barrage en terre qui convient le plus à ce genre de situation 3. En se basant sur la topographie des rives, caractérisée par une pente douce pour la rive gauche et une pente raide pour la rive droite, on placera notre évacuateur de crue latéral, là où la pente est douce sur la rive gauche 4. Les deux autres critères principaux pour la construction d’un barrage en terre sont : Assurer la stabilité du remblai, de la fondation et des rives pour toutes les phases de vie de l’ouvrage. Contrôler les infiltrations à travers la digue et la fondation : (Pressions interstitielles, phénomène de renard, érosion des matériaux à travers des fissures…) et éviter la submersion de la digue.
5
5. Cette digue est réalisé avec un même sol elle a en général un filtre de pied constitué et d’un tapis de sable disposé au pieds aval ou un filtre cheminée « constitué » d’une colonne de sable et tuyau d’évacuation.
Coupe transversale d’un barrage en terre homogène
Coupe transversale d’un barrage en terre homogène
Protection amont : assure la protection du parement amont contre les érosions et des vagues Drain : assure la rétention des particules fines .elle permet aussi de réduire les pressions interstitielles
6
Butée de pied drainante : permet d’éviter l’érosion lors de la sortie des eaux à l’aval 6. Les avantages des barrages en BCR sur le plan économique par rapport à un barrage en terre réside sur le fait que : pour la conception des ouvrages de dérivation des eaux, la variante BCR ne nécessite pas des ouvrages très grands. Utilisation d’alluvions naturels avec un traitement minimum et un dosage en ciment également minimum (50Kg/ m3) Rapidité d’exécution 7. Les parties de la fondation à décaper avant la construction du barrage, délimitée par le projeteur correspond à la couche alluviale d’une part, et d’autre part à la partie de la roche altérée. Car une fondation en béton ne tient pas sur une couche de sol meuble et qui menace la stabilité et l’étanchéité du barrage, sachant que ces rochers altérés s’étendent de 2 à 6 m de profondeur selon les rives et le lit.
8.
Interprétation du tableau des perméabilités
Les résultats des essais de perméabilités obtenu montrent que : Puits de sondage rive gauche : Pour les puits SG1, SG2, SG3 De 0 à 30 m on a une perméabilité en U .Lugeons>5, ainsi dans cette Zone les sols sont assez perméables A plus de 30m de profondeur la perméabilité devient inférieur à 5 U.L, les sont donc étanches Pour le puits SG4 De 0 à 20 m on a une perméabilité en U .Lugeons>5, ainsi dans cette Zone les sols sont assez perméables
7
A plus de 20m de profondeur la perméabilité devient inférieur à 5 U.L, les sols sont donc étanches Pour le puits central SO1 De 0 à 30 m on a une perméabilité en U .Lugeons>5, ainsi dans cette Zone les sols sont assez perméables A plus de 30m de profondeur la perméabilité devient inférieur à 5 U.L, les sols sont donc étanches Puits de la rive droite Pour le puits SD1 De 0 à 25 m on a une perméabilité en U .Lugeons>5, ainsi dans cette Zone les sols sont assez perméables A plus de 25 m de profondeur la perméabilité devient inférieur à 5 U.L, les sols sont donc étanches Pour le puits SD2 De 0 à 20 m on a une perméabilité en U .Lugeons>5, ainsi dans cette Zone les sols sont assez perméables A plus de 20m de profondeur la perméabilité devient inférieur à 5 U.L, le sol sont donc étanches Pour le puits SD3 De 0 à 15 m on a une perméabilité en U .Lugeons>5, ainsi dans cette Zone les sols sont assez perméables A plus de 15m de profondeur la perméabilité devient inférieur à 5 U.L, les sols sont donc étanches. 9. Afin d’améliorer la qualité hydraulique de la fondation, le concepteur a choisi un traitement consistant à la réalisation d’un voile d’injection et d’un voile de drainage : Pour les barrages en béton d’une hauteur supérieure à 7 m, il faudra étudier en détail les fondations et prévoir un rideau d’injection et un rideau de drainage afin de diminuer les pertes par infiltration et obtenir un diagramme de sous-pressions minimal ces 2 rideaux seront exécutés par forages. Les injections seront au ciment. En principe la profondeur du voile sera égale au 2/3 de la hauteur du barrage et le drainage aura une profondeur légèrement inférieure.
8
Le voile d’injection ou d’étanchéité sera placé à l’amont de l’ouvrage légèrement incliné vers l’amont. Le rideau de drainage se situera à l’aval du d’étanchéité et sera vertical ou légèrement incliné vers l’aval. Le voile d’injection et le rideau de drainage pourront avantageusement être réalisés de puis une galerie située dans le béton au pied amont de l’ouvrage dans le cas ou les dimensions de l’ouvrage le permettent. L'injection consiste à faire pénétrer dans un milieu plus ou moins perméable, un matériau pompable (liquide, suspension, émulsion, mortier) appelé coulis d'injection. Ce milieu peut être naturel (sols, roches) ou artificiel (maçonneries, bétons). L'injection s'effectue généralement par des forages réalisés dans le milieu à traiter. L'injection a pour but d'améliorer les caractéristiques du milieu traité ; il s'agit le plus souvent d'en améliorer la résistance mécanique et/ou d'en réduire la perméabilité. Les coulis d'injection sont généralement des liquides ou des suspensions caractérisés par leur densité, leur viscosité, leur rigidité, et qui durcissent au bout d'un temps appelé temps de prise. Le coulis est poussé par un injecteur sous une certaine pression d'injection P et il parvient au point d'injection dans le milieu injecté avec une pression p appelée pression efficace.
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10. D’après l’interprétation de perméabilité (question II-8) on a trouvé que l’horizon étanche se trouve à une profondeur importante varie de 15 à 50 m selon les sites des forages de ce fait le voile d’injection est nécessaire pour améliorer l’étanchéité de la fondation sans faire recours au décapage de toute cette profondeur (50 m).
III- HYDROLOGIE Données : Crues estimées au niveau de notre site étudié : Débit de la crue millénale (1000ans) :1700m3 /s Débit de la crue décamillénale (10000ans) :2300m3/s
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Caractéristiques du bassin versant du W construit en 1987 se trouvant à proximité de notre site : Dégradation spécifique : 750T/km2/an Côte normal :600NGM Superficie : 1600 km 2 Pluviométrie moyenne : 500mm
Capacité initiale :175Mm3 Apport moyen annuel:180,853Mm3 Au niveau des études hydrologiques du bassin versant de notre site sur l’Oued X, le projeteur a adopté les mêmes valeurs du coefficient de ruissellement et de la dégradation spécifique du bassin versant du barrage W. 1. Valeur de la pluviométrie moyenne prise en compte dans les études du site X : En utilisant la formule de la méthode régionale (coefficient de ruissellement) pour la détermination de l’apport moyen annuel, on va calculer la valeur de la pluviométrie moyenne prise en compte dans les études du site X. Calcul de coefficient de ruissellement : Cr On a l’apport moyen annuel est donné par la formule suivante : A= Cr*Sb*P Où : Sb : est la surface du bassin versant du barrage W. (Sb=1600 km2) P : est la pluviométrie moyenne dans tout le bassin (P = 500mm) A : Apport moyen annuel Donc
(A=180,853Mm3) Cr= A/( Sb*P)
Cr = 0,23
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La pluviométrie moyenne prise en compte dans les études du site X sera celle de tout le bassin versant contrôlé par notre barrage d’étude Détermination de la pluviométrie moyenne dans tout le bassin : On adopté les mêmes valeurs du coefficient de ruissellement D’après la formule régionale on a : A= Cr* Sx *P Où : Sx: est la surface du bassin versant du site X (S x = 550km2) P : est la pluviométrie moyenne dans tout le bassin du site X A : Apport moyen annuel du site X (A= 46,7Mm3) Donc
P= A/( SX* Cr) Pmoy= 369 mm
2. Signification de la crue de projet: La crue de projet est la crue de plus faible fréquence entrant dans la retenue. Elle est prise en compte pour déterminer les Plus Hautes Eaux (PHE) et dimensionner l’évacuateur de crues et d’estimer le taux d’envasement des retenues afin de déterminer la durée de vie de l’ouvrage, en intégrant les possibilités de laminage. Souvent la crue de projet considérée est la crue de débit de pointe maximale. Il n’est pas toujours certain que cette crue soit la plus défavorable pour le calcul de l’évacuateur de crue . Une crue moins pointue, mais plus étalée, pourrait être plus défavorable. La période de retour minimale préconisée pour cette crue est comprise entre 100 ans et 10 000 ans.
12
3. La période de retour de la crue de projet et le débit de pointe: La période de retour de la crue de projet de notre barrage est millinale, parce que le barrage béton résiste bien à la submersion alors que celui en terre est très sensible. Pour éviter le problème de submersion en ce qui concerne les barrages en terre on utilise une période de crue décamillénale dans le dimensionnement de l’évacuateur de crues. Le débit de pointe de notre barrage est : Qp = 1700m3/s. 4. Une étude bathymétrique de la retenu du barrage W a été effectuée en 2007.D’après le nouveau barème (côte-volume) de 2007, le nouveau volume normal est de 155Mm3: a- Le rôle de cette étude bathymétrique : Les études bathymétriques sont des études prévisionnelles des dépôts de sédiments .Elles consistent aux mesures du transport solide ou d’envasement sur le barrage. Ce sont en faite des levées qui peuvent servir pour l’estimation de l’envasement futur de la retenue. Elles dégagent une estimation des apports solides avec des appréciations sur les caractéristiques physiques du bassin versant, on doit donc pouvoir avancer un ordre de grandeur qui permettra de calculer la durée de vie de l’ouvrage et de dimensionner la tranche morte. La prévision de l’envasement est une étape indispensable pour tout projet de faisabilité d’un barrage. Ainsi, Le suivi régulier des apports solides dans un barrage est nécessaire pour un éventuel dévasement de la retenue. b- En prenant un poids volumique des sédiments de 2t/m3 , on vérifiera si la dégradation spécifique de 800t/km2/an, prise en compte lors des études d’APD du barrage W, est réaliste ou non. En utilisant des formules empiriques 13
Si on prend la dégradation spécifique de: E= 800t /km2/an Et le poids volumétrique des sédiments : ℮=2t/m3 Sur une période de (2007-1987)=20ans :T=20ans Et une surface du bassin versant égale à : S=1600km2 On trouvera un envasement égale à : A=(E*T)*S /℮ A=12800000 m3 A= 12.8Mm3
Durant 20 ans
Or l’envasement calculé en tenant compte des levées bathymétriques, c.à.d. en évaluant de la différence entre la capacité initiale et le nouveau volume normal est égale à : A’=175-
Durant 20 ans
A’=1Mm3/an Donc la dégradation spécifique de 800t /km2/an prise en compte lors des études d’APD du barrage W n’est pas réaliste .Ceci peut être expliqué du faite de la variabilité lithologique du bassin versant, ce qui ,par conséquent conditionne l’érodabilité différente des matériaux constituant ce bassin. En outre, il faut signaler que cette dégradation spécifique n’intègre pas le pourcentage des sédiments évacués au moment des déversements et de la vidange de fond. C-En tenant compte des données actualisées, le volume des apports solides moyen annuels au niveau du site X sera : Soit A l’envasement à déterminer sur la retenue du barrage X. Si E étant l’envasement mesuré sur le bassin versant du W se trouvant à proximité de notre site pour un apport moyen 14
liquide Q (106 m3/s). On appelle E’ l’apport solide rapporté à l’unité d’apport liquide E / Q exprimé en m 3/106m3, on a alors la relation suivante : A’ = E’ (S / S0) où: A’ : C’est l’envasement de la retenue collinaire rapporté à l’apport liquide ; E’ : L’envasement mesuré au barrage rapporté à l’unité d’apport liquide S : Surface du bassin versant du barrage collinaire en Km2 ; S0 : Surface du bassin versant dans lequel on dispose de mesures du transport solide. AN 0.005*(550/1600)
A’ = A’=0.002 A’ =
IV. Conception et dimensionnement des ouvrages A – Barrage : 1. Les avantages de la technique des barrages en béton compacté au rouleau (BCR) par rapport au béton conventionnel ( BCV ) sont : Rapidité d’exécution. Faible dosage en ciment (100 à 150 kg/m3). Moins d’exo-thermie et moins de joints de contraction. Le BCR devient une alternative plus intéressante dans le cas où la surface allouée au projet est inférieure à 500 m² pour que les engins puissent évoluer efficacement, en plus de cet avantage le BCV permet de réaliser un barrage où l évacuateur de crue est incorporé. B - Calcul de la stabilité du barrage : 1. Stabilité au glissement : 15
Les forces horizontales (∑P), telles que la poussée de l’eau et de la terre sur le barrage tendent à le déplacer vers l’aval. La résistance à ces forces horizontales (cisaillement) est offerte par les fondations grâce à leur cohésion c et à leur coefficient de frottement (tgφ). Les forces auxquelles subit notre barrage sont : Action du poids propre du barrage. Poussée de l’eau. Poussée des sédiments. Action des Sous-pressions. a) Action du poids propre du barrage : L’action du poids propre du barrage est favorable pour la stabilité puisqu’elle s’oppose au glissement. W b V
Avec : V : le volume du béton par mettre linière de largeur.
V=Vtriangle+ Vrectangle Stabilité sans drainage et sans injection : Forces verticales : Poids propre : W = γb * S Avec : H = 1002 – 950 = 52 m B = 0,8* 52 +8 = 49,6 m Donc :
W = 35180,8 KN/m Sous pression :
16
AN
S = ½ * 10* 50 *49,6 S = 12400 KN/m
Forces horizontales : Poussée hydrostatique : Pam = ½ * γe * H²e Pam = 12500 KN/m
Calcul de F :
Où :
V = W – S = 22780,8 KN/m H = Pam = 12500 KN/m F = 1,64
Le coefficient F calculé dépasse la valeur théorique qui a une valeur de 1.5, par conséquent on peut dire que le barrage a un profil stable. Stabilité avec drainage : Sous pression :
avec d = 5m (galerie de drainage étant à 5 m du pied amont du barrage )
17
AN
S1 = 2187,5 KN/m
S2 = 937,5 KN/m ET
S = 3125 KN/m
Pour le même coefficient de stabilité calculé précédemment F = 1,64, on fait sortir W :
Où : est égale à 42°.
Ф : angle de frottement béton – rocher et qui W = 25892,55 KN/m
Avec
W = γb * S
On a
et B’ = 35,29 m
Le nouveau fruit est donc :
n = 0,54 Stabilité au renversement : Le critère normalement admis dans le calcul des petits barrages poids pour assurer la stabilité au renversement est la règle du tiers central. La stabilité au renversement sera assurée si la résultante des forces en présence reste pour tous les cas de charges dans le tiers central de la section de contrôle.
3. Vérification de la condition du tiers central : 18
B= 49,6m M / G 25 P 8.26 S 8.26W
=124330 KN.m Donc e=124330 /2278.8=5 .45 m am 22780.8 / 49.6 * (1 6 * 5.45 / 49.6)
=156.5 >0 Donc la stabilité au renversement du barrage est assurée.
C. Evacuateur de crues L’évacuateur de crues présente une part importante du coût de l’Aménagement. Il est nécessaire par conséquent 19
d’examiner comment en utilisant les moyens locaux à disposition, on peut réduire son coût et ce, tout en garantissant à l’aval, la protection maximale possible et en assurant une bonne sécurité de l’ouvrage. C.1 : Calculons le débit sortant de l’évacuateur de crues : La capacité d’évacuation est généralement contrôlée par le déversoir situé dans la partie amont de l’évacuateur. Donc les parties aval (chenal, coursier….) doivent être conçues pour évacuer le débit du versoir sans perturber le régime de l’écoulement. Le débit du déversoir linéaire en écoulement dénoyé est donne par la formule suivante : Q=C L H 3/2 L : longueur déversante H : charge sur le déversoir C : le coefficient de débit Avec : H = PHE – RN = 1004-1000= 4NGM C=2 L=80m D’où : A.N:
Q= 2*80*(4^(3/2)) = 1280 m3/s
C.2: Justification
20
Le débit qui passe par l’évacuateur de crues (Q = 1280 m3/s) est inférieur au débit de pointe de la crue à l’entrée de la retenue parce que, lors d’une crue, les retenues de barrages ont pour effet de laminer ou atténuer les débits instantanés de la crue entrante. D. Vidange de fond D.1 : Rôle d’une vidange de fond La vidange du fond est un dispositif de vidange absolument indispensable pour tout barrage surtout que son coût est relativement très faible par rapport au coût total de l’ouvrage. Les principaux rôles de la vidange du fond sont les suivants : Elle permet de faire face au phénomène d'envasement de la retenu, donc d’augmenter la durée de vie du barrage. Elle permet d’évacuer le débit courant de la rivière et éventuellement le débit d’une petite crue pendant la construction du barrage. Donc elle se substitue en un ouvrage de dérivation provisoire qui permettra d’éviter d’inonder le chantier et ce en cours d’achèvement des travaux. Elle permet de vider la retenue pour la surveillance, l’entretien et la réparation du barrage et de ses ouvrages annexes, ou en cas de problème majeur touchant à la sécurité du barrage. Sa capacité doit permettre la vidange totale de la retenue à sa cote maximale en 7 jours. Elle permet accessoirement de remplacer la prise d’eau ou permettre la réparation de celle-ci en cas de défaillance. D.2 : La côte minimale du seuil de la vidange de fond.
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La dégradation du bassin versant de ce barrage est de l’ordre de 750 t/km²/an. Alors annuellement, on a un apport moyen des solides qui vaut 750*550= 412500 t/an sur toute la superficie du barrage. Ce qui provoque une perte annuelle de la capacité de retenu du barrage suite au dépôt des sédiments. Une réduction annuelle du volume vaut une réduction annuelle moyenne de la hauteur d’eau, alors la somme de cette dernière sur toute la durée de vie du barrage permet de déterminer la cote minimale de seuil de la vidange. 1006NGM RN=1000 NGM
Hauteur totale des sédiments : 20 m
950 NGM
On a : Le poids par unité de surface est : Ps= 750t/Km²/an = 7500 KN/km²/an Le volume des sédiments par unité de surface est : Vs=Ps/γs = 7500/15=500m3/km²/an Où γs: le poids volumique des sédiments. D’où, la hauteur moyenne des sédiments est : hs = 0,5 m/an Donc, sur 40 ans la hauteur moyenne total des sédiments est :
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Hs = hs*40 =
Alors, la cote minimale du seuil de la vidange de fond pour assuré le fonctionnement du barrage durant 40an est 933,5 + 20 = 953,5 NGM. E. Prise agricole : E.1 : Emplacement de la conduite de la prise agricole L’ouvrage de prise est destiné pour une utilisation agricole, alors on n’exige pas une grande qualité (propreté) des eaux prélevé, puisqu’ au niveau du fond les eaux sont plus chargées. Pour cela les prises agricoles sont généralement fixé à un niveau bas de la retenu. Et afin de minimiser le coût de l’aménagement, on intègre souvent l’ouvrage de vidange avec celui de prise en le déposant légèrement au dessus de son pertuis. E.2 : Calcul de la vitesse d’écoulement dans la conduite et le débit transité par la prise Vitesse d’écoulement :
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RN=1000 NGM
H
Axe de la conduite de vidange : 766NGM
On applique la relation de Bernoulli : H= V²/2g + ΔHℓ+ ΔHS Où : V : la vitesse d’écoulement dans la conduite à déterminer. H : dénivelé entre la cote de retenu et le milieu du pertuis de la VF : H= 1000- 766 = 234 m ΔHL : perte de charge linéaire ø1000mm :
L : longueur de la conduite : 200m λ : coefficient de perte de charge : 0,015 D : diamètre de la conduite : 1000mm = 1m g= 9,81 m/s²
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ΔHS : perte de charge singulière totale : ΔHS = ΔHGrille+ΔHEntonnement +ΔHCoudes +ΔHV garde +ΔHV réglage ΔHS = (0,05 +
0,15
+ 0,90 + 0,15 + 0,15 ) * V²/2g
ΔHS = 1,4 V²/2g Donc
D’où :
V = 29,158 m/s Alors la vitesse d’écoulement dans la conduite est égale à: V= 29,16 m/s Calcul du débit transité par la prise : Q On a
Q= V*S
Où : V : la vitesse d’écoulement dans la conduite ø 1000 S : surface d’écoulement à travers la conduite ø 1000 : S= πD²/4 Donc :
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Alors ; le débit transité par la prise est égale à : Q= 22,9 m3/s F. Travaux : F.1. Rôles des ouvrages de dérivation : La conception du phasage d'exécution des différentes parties de l'ouvrage passe en premier lieu par la définition du mode de dérivation provisoire des eaux de crues. Ces ouvrages provisoires sont projetés et calculés en tenant compte des probabilités de crues de chantier d'une fréquence raisonnable de manière à pouvoir travailler dans le lit de l'oued avec un certain degré de protection. Les pertuis intégrés présentent un avantage économique
F.2.Traitement avec du mortier et du ciment: Lors de la réalisation du barrage, l’entreprise procède par mise en place et compactage de couche de 30 cm. Avant la mise en place de chaque couche, l’entreprise traite avec un mortier de ciment le tiers amont de la couche précédente, pour avoir une bonne jonction entre les couches c’est à dire améliorer l’adhérence béton-béton afin d’éviter le jeu entre les deux couches (glissement) et ce pour assurer une bonne étanchéité du barrage. F.3. Le rôle du voile en BCV à l’amont: Le rôle du voile en BCV est d’améliorer l’étanchéité amont du barrage BCR. F.4. Caractéristique du joint Water-Stop et rôle du drain: Un barrage poids en béton conventionnel doit être équipé de joints subdivisant l’ouvrage en plots et permettant d’absorber les effets dus au retrait hydraulique du béton et aux variations thermiques annuelles. Les joints sont en général espacés de 15 mètres.
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Le joint est équipé d’un Water-Stop, ce dernier doit être étanche et posséder des caractéristiques de dilatation, c’est un joint entre deux plots de béton pour empêcher les fuites d’eau. Le drain à l’aval immédiat du joint permet de contrôler l’infiltration. Si l’eau arrive à s’échapper du joint elle est reprise par le drain qui va l’entrainer plus loin. F.5. TRAITEMENT DE LA FONDATION : La réalisation du voile de drainage de la fondation n’est pas eu lieu qu’après l’achèvement des travaux d’injections de consolidation et d’étanchéité de la fondation dans le but de ne pas étanchéiser les drains car ces travaux peuvent les colmater.
G. Auscultation : G1 .Trois types de drains débouchent dans la galerie de pied amont. Dans une coupe transversale du barrage, schématiser la galerie et ces types de drains en plus du voile d’injection en précisant le rôle de chaque drain et la signification d’un débit fort à son exutoire. Le voile d’injection a pour rôle de permettre de contrôler le gradient hydraulique dans le corps du barrage. Le réseau de drainage est destiné à offrir les exutoires nécessaires à l’évacuation des eaux d’infiltration pour qu’elles ne puissent pas conserver une pression appréciable au cours de leur cheminement dans le barrage ou son environnement. Le réseau de drainage peut être constitué, pour ce type de barrage (en béton), par des puits drainants ou par des tranchées drainantes remplies de matériaux filtrants. l’utilisation des filtres et drains est indispensable pour la collecte des eaux d’infiltration et la réduction des souspressions dans la fondation à l’aval de la zone imperméable. Les tapis drainants, drains de pieds, tranchées drainantes et les puits de décompression devraient être utilisés individuellement ou de façon combinée pour le control des fuites d’eau par infiltration.
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Drains de pieds Ils sont munis de buses de capacité suffisantes pour assurer le drainage des eaux d’infiltration accumulées vers l’aval.
Drains tapis : Pour intercepter les infiltrations dans le massif d'un barrage en terre on dispose habituellement dans la partie aval du massif et au contact de celui-ci avec les fondations, un drain-tapis filtrant destiné à rabattre la ligne phréatique à l'intérieur du massif Ce drain s'étend sur lb/4 à lb/3 de l'emprise du barrage. Son épaisseur se calcule en fonction du débit de fuite.
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Lorsque la fondation n'est pas complètement imperméable, ce drain interceptera également les infiltrations à travers la fondation. Il doit être alors protégé contre l'entraînement des éléments fins de la fondation par un filtre inversé.( ils empêchent la formation du phénomène de renard causé par le départ des matériaux fins de la fondation). Le drain tapis filtrant est efficace dans la mesure où la perméabilité du massif est isotrope. Très souvent, du fait de la technique d'exécution des barrages en terre qui consiste à compacter la terre par couches horizontales, il existe une anisotropie assez forte du barrage, la perméabilité verticale étant inférieure à la perméabilité horizontale. De ce fait le drain-tapis est souvent inefficace et on observe des affleurements de nappes sur les talus avals de nombreux barrages munis de drain-tapis.
Débit unitaire et épaisseur du drain tapis
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Si q est le débit d'infiltration à travers un mètre de largeur du barrage qu'il faut évacuer à travers le filtre de perméabilité Kf , on peut écrire :
II est prudent de prendre un débit q égal au double du débit de fuite escompté. Ainsi, l'épaisseur du filtre à prévoir sera :
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La valeur de 1 n'est pas égale à la longueur totale du tapis filtrant, il faut retrancher la longueur de résurgence qui est égale à :
Drain vertical : Le drain vertical placé au centre de la digue constitue une solution plus efficace pour intercepter les eaux d'infiltration. Un tel drain est constitué d'un rideau d'une largeur (épaisseur) minimale de 1 m en matériau grossier (graviers et sables) dont la granularité est choisie de manière à ce que les conditions de filtre soient réalisées. Ce rideau peut être mis en oeuvre par déversement du matériau convenable dans une tranchée d'une profondeur de 1,50 à 2x11, recreusée dans le massif compacté, au fur et à mesure de l'avancement du terrassement du barrage. II peut remonter pratiquement jusqu'à la cote moyenne du plan d'eau dans la retenue.
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L'eau de percolation interceptée par ce drain filtrant est évacuée soit par un réseau de tuyaux drains soit par un draintapis filtrant, s'il est également nécessaire de drainer les fondations. Le drain vertical peut être constitué uniquement de gravier, le rôle de filtre étant alors assuré par un tapis synthétique non tissé placé en fond de tranchée, le long de la paroi amont du drain et au dessus du drain. Dans ce cas l'épaisseur du drain pourra être diminuée. Le débit fort à l’exutoire peut être expliqué par le fait que le réseau de drainage a bien assuré la collecte les eaux d’infiltration et par la suite le contrôle des fuite qu’elles provoquent . G2. Vérification de l’efficacité des voiles d’injection et de drainage réalisés : Sous Pressions Quelle que soit la qualité du sol ou du rocher de fondation, il s'établit toujours une circulation d'eau. Cette eau est à l'origine des sous-pressions. Si le sol de fondation a globalement un comportement hydraulique homogène et isotrope, l'étude de l'écoulement homogène et des sous-pressions peut être faite par application de la loi de DARCY, par analogie électrique ou par calcul numérique sur ordinateur. La sous-pression décroît régulièrement de l'amont vers l'aval de l'ouvrage, avec comme valeurs limites les hauteurs d'eau à l'amont et à l'aval si γw = 1. On remarque qu'une approximation linéaire de la sous-pression est parfaitement justifiée. 32
Diagramme c : Cette fondation est étanchée par un rideau d'injection ou tout autre coupure étanche en amont, qui entraîne une perte de charge amont importante. Les sous-pressions décroissent linéairement d'une valeur amont γw[h + /λ(H - h)] à une valeur aval γw -h. On admet en général λ = 2 /3 . Diagramme d : Cette fondation étanche est drainée à l'aval de l'organe d'étanchéité. On admet en général que le drainage est efficace à 50% et que, au niveau du drain, la sous-pression tombe à la valeur ; γw – h.
Conclusion :
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La fondation correspond au diagramme c, donc on applique la relation γw[h + /λ(H - h)] Puisque l’efficacité prise en compte lors des études est de 25% , on peut conclure que l’efficacité des voiles d’injection et ceux d’étanchéité est vérifiée.
G3. Les appareils « vinchons » permettent la mesure à
demeure, des variations d’écartement des joints. L’écartement dans l’espace entre les deux points d’ancrage par l’intermédiaire de deux bras scellés dans le béton de part et d’autre d’un joint est défini par trois mesures ponctuelles effectuées suivant trois directions perpendiculaires entre elles, ce qui permet de contrôler les tassements relatifs dans plots (tassement différentiels), d’où un moyen de contrôle par recoupement avec les mesures de nivellement. Outre le contrôle des mouvements altimétriques des plots, les appareils « vinchons », qui sont un moyen simple de mesure des mouvements, permettent également de connaître les mouvements horizontaux (déplacements amont-aval et rive droite-rive gauche). Les mesures sont simples et sont faites à l’aide d’un pied à coulisse .Le nombre d’appareils à mettre en place est à raison de 1 par plot.
Le graphique, décrivant la variation des mesures rive-rive des joint-mètre (vinchons), instruments équipant les joints transversales du barrage, est d’une forme sinusoïdale peut être 34
justifié par la résistance des amortisseurs de chute , ceci confirme la stabilité du barrage.
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