Calcul Stabilite Des Barrages

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    21-Jun-2015

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calcul de la stabilit des barrages de drivation

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  • 1. Royaume du Maroc-=-=-=- ORMVA de Tafilalet-=-=-=-Subdivision SERErfoudSTABILITE DES BARRAGESDE DERIVATIONRalis par :M. OURAHOU Avril 2004

2. 2CHAPITRE ISTABILITE DES OUVRAGES DE DERIVATION I- LES OUVRAGES DE STABlLITEI.1.Paramtres gotechniques I.1.1. sol: L'tude gotechnique du sol exige dterminer les paramtres suivants: Poids volumtriques. Angle de frottement interne. Cohsion. Coefficient de frottement bton-sol. Portance du sol de fondation. Coefficient des butes des terres. I.1.2. Fondations:La stabilit des fondations comporte deux aspects: les tassements et la rsistance mcanique. La profondeur de la fondation peut tre comme suit : Alluvions: 2,5m en dessous de la cote du lit l'aval du seuil Rocher. Conglomrat: ancrage dans la roche saine en principe 1 m.Quelque soit !e type du barrage adopt, les fondations constituent la partie la plus dlicate de l'ouvrage. On rencontre: les fondations profondes ; les fondations superficielles.a- Fondations profondesL'avantage recherch est d'atteindre le substratum rocheux ou tout au moins impermable, de faon s'opposer toute infiltration et tout affouillement. Si la couche de sable et de gravier traverser est trop paisse, on se contente de descendre profondment les fondations dans la couche des alluvions en utilisant par exemple des palplanches mtalliques avec bton. Ceux-ci peut rendre le cot de l'ouvrage trs onreux, donc doit-on rduire l'importance des fondations tout en conservant l'ouvrage une stabilit suffisante.b - Fondations superficiellesL'effet de Renard n'est autre que des affouillements profonds rsultant de la percolation de l'eau, cest dire de l'entranement des particules sableuses les plus fines sous l'action de la vitesse de l'eau, qui se dplace par filtration dans le sable. 3. 3 Ce calcul s'appuie sur la relation de Darcy: v= k . h / I, avec Q = v x s Le but est de diminuer v, qui ne peut tre qu'en augmentant l . Par suite, pour empcher l'entranement (v < vitesse d'entranement) des particules, il suffit d'largir suffisamment le radier du barrage pour que la valeur h / I reste acceptable. c- Para fouilles Pour viter le renardage sous la fondation du barrage, il convient de prvoir des parafouilles l'amont et l'aval du barrage. Pour cela, il faut que les lignes de fuite possibles aient une longueur suffisante pour que les vitesses de percolation restent infrieures aux vitesses d'entranement des lments fins du terrain de fondation. c.1- Vrification de la hauteur affouillable de la condition anti-renard o Estimation de la hauteur affouillableLa hauteur maximale affouillable peut tre dtermine par les formules empiriques, exprimes ci-dessous: - Formule LPEE: h = 0,217 x (Q / L)6/7 x d-2/7 - Formule de Levi: h = 0,234 x (Q / L)5/6 x d-0,35 - Formule de EDF: h = 0,730 x (Q / L)2/3 x d-1/6Q : dbit de crue de projet ;L : longueur du seuil ;d : = 0,02o Estimation de la hauteur de la paroi verticale au dessus de labase du seuil 1 re mthode (Rgie de LANE) Il se propose que les cheminements verticaux soient plus importants que les horizontaux. Le dimensionnement de la parafouille se base sur deux critres suivants:1- La hauteur de la parafouille devrait tre dtermine, en premier lieu, partir de la condition anti-renard: Lv + (Lh / 3) = C x h 4. 42- La somme de la hauteur du parafouille et de la profondeur d'nergie du seuil devrait tre suprieure ou au moins gale la hauteur affouillable.Il serait retenu en dfinitive la plus grande hauteur de parafouille rsultant de la vrification des deux conditions (1) et (2). 2me mthode (Rgie de BLIGH) Il admis que les lignes de fuites prfrentielles sont les lignes de contact de maonnerie du barrage (parfouille comprise) et des fondations. D'aprs Bligh :1 / C = he / L = i L : longueur totale de la ligne de fuite au contact terrain barrage (L = Lv + Lh) Lv: longueur totale des cheminements verticaux (du bas au haut et inversement) Lh: largeur des cheminements horizontaux C : coefficient qui varie en fonction de la nature des terrains he: diffrence des cotes plan d'eau en amont et en aval du seuil pour le dbit Qodans l'oued. La longueur de la cuvette est de : x H, avec 0.5 < < 1 ( = 0.70) Pour viter les problmes d'affouillement l'aval du barrage et pour mieux stabiliser le ressaut au niveau du bassin, on adopte un dcrochement de valeur S . La profondeur adopte est : T.N S(T.N: terrain naturel). II- les protections : II.1- Protection contre les affouillements Afin d'viter les ventuels affouillements lors des crues, la protection des parafouilles avales du bassin par un enrochement est absolument ncessaire.Dans les barrages fonds sur alluvions, le risque principal de destruction est l'affouillement l'aval. Cette protection peut tre ralise en gabions d'paisseur 0,50m et d'un filtre. Ces gabions seront recouverts de bton sur 2 3 m.Dans les barrages fonds sur rocher, il n'y a pas de risque, alors que si la fondation est sur conglomrat, il faut une galisation du conglomrat par remplissage en maonnerie. La longueur de la protection peut tre comme suit: Hauteur de chute (m)Longueur protection (m) Amont- 1,001,002,00 Aval 1,504,002,006,00 5. 5 II.2- Protection contre le contournementPour la protection des barrages, on rencontre deux types de conditions topographiques conduisant des risques de contournement des berges et des protections diffrentes: Type1: le lit mineur est trs marqu. (Mur latral). La protection de ce type de site est constitu par des murs guideaux parallles dans le sens du courant ou forment une lgre convergence-divergence (figures n ). Ce mur guideau ncessitent une fondation une profondeur suffisante au moins 2,5 m, surtout si la fondation est sur alluvions. Les caractristiques sont les suivants: Hauteur maximal : 3m au dessus du TN ;Fondation : sur 2,5 en dessus du lit de l'oued ;Largeur en crte:1m;Fruit :;Matriaux : maonnerie ou gabions recouverts decime ; Longueur : jamais infrieure 15 m ; Fermeture amont et aval: constitu d'un mur en retour de 2mrentrant dans la berge et d'une protection comprenant un gabion de pied et untapis d'enrochement de 2m l'amont et l'aval. Type 2: Le lit de l'oued est faiblement marquLa crue de projet dborde largement du lit sur des bergs prsentant une pente transversale faible (figure n 14).Dans ce cas, une protection latrale le long de l'oued n'est pas adapt. En effet, cette protection aboutirait concentrer l'coulement dans le lit mineur et augmenter la vitesse et la hauteur d'eau au droit de l'ouvrage. Il est prfrable de prolonger transversalement le seuil par un mur dversant de faible hauteur (pratiquement cal au niveau du T.N +O,5m). Ce mur ne doit pas tre cal par la crue de projet car il ne dverserait pas et concentrerait les coulements dans le lit mineur. Dans les parties du mur poches de la berge, une protection amont et aval en gabions ou en enrochements sera mise en place pour limiter les effets d'rosion de la dcrue. Les caractristiques de mur transversal sont: Fondation : 2,5m en dessus de T.N ; Matriaux : idem mur latral ; Largeur en crte:1m; Fruit : VerticalII.3- Protection contre les corps flottantsCette protection doit tre ralise l'aide des grilles dont l'cartement entre barreaux doit tre important (10 15 cm) pour ne pas perturber le fonctionnement de la prise. L'orientation de la grille doit permettre un nettoyage, sinon automatique, du moins ais. 6. 6Souvent, un masque dviant les corps flottants hors de la zone d'attraction de la grille peut tre efficace. 7. 7CHAPITRE II STABILITE GENERALE ET STABILITE INTERNEI- Stabilit gnrale I.1- Analyse des sollicitationsLes calculs se font pour un mtre linaire de seuil dont la section a t assimile au profil de CREAGER (figure ).I.1.1- Forces verticales:a)- Poids propre de l'ouvrage (figure n 1) Pour dterminer son poids et son centre de gravit, le barrage est subdivise en n parties. L'expression du poids propre est: Pp= Pii= 1...n Cette rsultante s'applique la distance Xp, par rapport au point O, telle que : Xp = (Pi x Xi) / Pii= 1...n Xi : est la distance par rapport au point O laquelle s'applique Pi:Pi = g S (tl ml) : densit des matriaux utiliss = 2.100 kg/m3 pour le bton et 2.400 kg/m3pour la maonnerie.b )- Sous pressions (figure n 2 ) Quelque soit la qualit du rocher de fondation, leau y pntre. Ce phnomne d la porosit et la fissuration exerce un pression sur la base de louvrage appele sous- pression .La rsultante des sous pressions sous radier du barrage, en tenant compte de la rpartition trapzodale de celles-ci, est exprime comme suit: Sp = (Spi x Xi) / Spi i= 1..........n Xi : est la distance par rapport au point O laquelle s'applique Spi:Spi = 0,5 x w x (H + Ho + h) x B (tl ml) H: hauteur du parement amontHo : lame dversante sur le seuilH: hauteur deau en val du seuil.Pour quilibrer les sous-pressions (mCE), augmente de la pousse d'Archimde, par le poids propre de la maonnerie de densit d, et en se donnant une marge de scurit de (1/3), l'paisseur du radier sera de: Er = (4/3) x H x (d-1) 8. 8 9. 9 10. 10 c)- Poids d'eau (dans le cas des plus hautes eaux) Cette charge n'a lieu qu' partir du pied aval du seuil gard au profil du seuil; elle a une rsultante gale :Pe = w x Hev x L w : densit d'eau (=1.10),Hev: hauteur d'eau aval sur le seuil,L: porte horizontale du pieds aval du seuil. Cette rsultante s'applique la distance Xpe, par rapport au point O telle que: Xpe = Ls L / 2 Ls : base du seuil Ou : Xpe = (Pei x Xi) / Peii= 1...nI.1.2- Forces horizontales:a)- Pression hydrostatique (figure n) L'action de l'eau se manifeste par la pression horizontale qu'elle exerce sur le parement amont de l'ouvrage. En tenant compte de la rpartition trapzodale de cette pression, l'expression de la pousse rsultante est: Ph = Phi i= 1..n A une profondeur Z, la pression hydrostatique est :Phi = w x Z Gnralement, Phi sexerce au tiers infrieur de la hauteur de la retenue H. Cette pression est rpartie suivant un diagramme triangulaire et a pour valeur :Phi = 1/2 w x H Lorsque louvrage diverse avec une charge Ho, le diagramme des pressions prend la forme dun trapze et la pousse totale devient :Phi = 1/2 w x (H + 2 Ho) (t / ml) H: hauteur du seuil;Ho : lame deau au dessus du seuil en crue du projet. Cette rsultante s'applique la hauteur Zph, par rapport au point O, telle que:Zph = Ear + (Phi x Zi) / Phii= 1..n Zph = Ho x H / 2 + H / 3 = [3 (H + Ho) + 2 H ] / 6 Zi : hauteur, par rapport au point 0, laquelle s'applique Phi.Ear: paisseur de l'arrire radier: 11. 11 12. 12 b )- Atterrissements (figure n ) Des sdiments s'accumulent souvent au pieds amont du barrage (phnomne d'envasement) et en rsulte une pousse horizontale qu'il faudra ajouter la pousse hydrostatique.Pour les barrages de drivation, les atterrissements comblent toute la hauteur du seuil. En tenant compte de la rpartition triangulaire de cette pousse, l'expression de l'action rsultante est: Pa = 1/2 Tan ( /4 - /2 ) x d x Has = 0.33 x d x Has / 2 Has: hauteur des sdiments en parement amont du seuil;d: densit des sdiments;: angle de frottement interne des sdiments. Cette rsultante s'applique la hauteur Za par rapport 0, telle que: Za = Ear + Has / 3c) Bute des sols l'avalLes sdiments au pied aval du barrage ragissent la pousse du corps du barrage , il en rsulte, ainsi, une bute des terres qui prsente la mme expression que celle cite ci- dessus en atterrissements :Pa = (1/ Tan ( /4 - /2 )) x d x Hbs / 2 = 3.33 x d x Hbs / 2Cette rsultante sapplique un point Yb, telle que :Yb = Hbs / 3 II- Stabilit interneLa mthode utilise ( drive de la rsistance ses matriaux) assimile chaque tranche du barrage une poutre console verticale, encastre dans la fondation, on dtermine alors les contraintes dans les sections horizontales partir des formules de la flexion compose.Avec: 8= base de la tranche la hauteur Zt par rapport la cte seuil. Les contraintes amont et aval sont donnes par: = V / B +/- MG / B V: rsultante des forces verticales au niveau de tranche considre.MG : moment rsultant par rapport au centre de la tranche.B: base de la tranche la hauteur Zt par rapport la cte seuil. La stabilit interne sera vrifie, si ces contraintes: - restent positives,- ne dpassent pas 0,3 ; 13. 13- 14. 14- conservent au niveau du parement amont une contrainte normale suffisante pour qu'en cas d'infiltrations ou de fissures, le calcul prcdent ne sait pas remis en cause ce qui revient satisfaire la condition de Maurice Levy 75%. On pourra, ventuellement, vrifier la stabilit au glissement avec un coefficient de frottement bton-bton 0,75. Enfin, si la troisime condition n'est pas vrifie seul un ferraillage de nom fissuration est requis.III- Justification de la stabilit II.1- Stabilit au glissement: Le seuil est stable au glissement, si l'ingalit suivante est vrifie: ( forces horizontales / forces verticales) < f f : coefficient de frottement= 0.50 bton-rocher = 0.60 maonnerie-rocher = 0.70 gabions-rocher II- Stabilit au renversement: Le seuil est stable au renversement, si l'ingalit suivante est vrifie par rapport au point A: MsA / MrA > 1,5. MsA : moment stabilisateurMrA : moment renversantA : extrmit aval de l'ouvrage. II.3- Stabilit au dcollement On calcule les contraintes, amont et aval; au niveau des extrmits de la base du barrage: = V / B +/- MG / B B : base du seuil;V : rsultante des forces verticales;MG: moment rsultant par rapport au centre de la base G. On vrifiera que les contraintes amont et aval restent positives et infrieurEs la contrainte admissible du sol de fondation. C--d que la rsultante des forces extrieures passe par le tiers central de la section en contact avec le sol. II.4- Non poinonnement Les contraintes dveloppes par l'ouvrage la base s'expriment par: = N / S +/- 6 Mo x V / I 15. 15N : effort normal ; Mo : somme des moments de tous les efforts except la sous-pression ; S: section la base = B x 1 ml {m) V= B / 2 (m)etI =1 x B4 / 12 (m4)La condition de non poinonnement des sols sera vrifie lorsque: