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R é p u b l i q u e A l g é r i e n n e D é m o c r a t i q u e e t P o p u l a i r e

Ministère de Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

BOUDIAF

Hydraulique

Polycopié

Les barrages en remblai de

terre

D r. LEHBAB ep. BOUKEZZI ZAKIA

Préface

Parmi les constructions humaines les plus importantes, les barrages tiennent une place de choix de par leurs dimensions et leurs utilités dans la gestion des ressources en eau.

Représentant 70% des barrages dans le monde, les barrages en remblai sont construits en

matériaux locaux et ont la grande qualité de convenir aux fondations meubles qui ne peuvent supporter un ouvrage en béton. Ce cours polycopié est une synthèse tirée de plusieurs ouvrages dans le domaine de construction et conception des barrages en remblais de terre. Il regroupe essentiel des connaissances sur ces ouvrages Master) des sciences techniques de génie de eau et de génie civil. Il présente les définitions des différents types de barrages en remblai, leur conception générale et leur dimensionnement.

est également traité. Il se termine par une présentation de techniques utilisées pour protéger les

Table des matières

Table des matières

Liste des figures ...................................................................................................... i

Liste des tableaux ................................................................................................. iii

Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre .................................................. 1

1.1 Introduction .................................................................................................................... 1

1.2 Terminologie .................................................................................................................. 3

1.3 Classification des barrages en terre ................................................................................ 5

1.3.1 Barrage en terre homogène ..................................................................................... 5

1.3.2 Barrage en terre hétérogène ou zoné. ..................................................................... 6

1.3.3 Barrage à masque amont ......................................................................................... 7

1.3.4 Barrage à membrane centrale ................................................................................. 9

1.4 Facteurs influençant la conception et la réalisation des barrages en remblais ............. 10

1.5 Dimensionnement géométrique des murs de barrages en terre ................................... 12

1.5.1 Hauteur du barrage ............................................................................................... 12

1.5.2 Largeur en crête du barrage .................................................................................. 14

1.5.3 Pente des talus ...................................................................................................... 14

Chapitre 2 Etude des infiltrations dans le mur et sa fondation ........................... 16

2.1 Introduction .................................................................................................................. 16

2.2 Détermination de la ligne de saturation par la méthode de Kozeny ............................ 17

2.2.1 Ligne de saturation pour barrage homogène sans drain sur sol imperméable ...... 17

2.2.2 Ligne de saturation pour un barrage homogène avec drain .................................. 18

Table des matières

2.2.3 Ligne de saturation pour un barrage à noyau sur fondation imperméable ........... 19

2.2.4 Ligne de saturation pour barrage fondé sur sol perméable ................................... 20

Pressions interstitielles ................................................................................................. 20

2.3.1 ................................................................................ 20

2.3.2

graphique ............................................................................................................................. 24

2.3.3 ........................................................... 27

2.4 Débit de fuite ................................................................................................................ 28

2.5 Erosion interne, phénomène de Renard et Boulance ................................................... 29

Applications ................................................................................................................. 33

Chapitre 3 Stabilité des barrages en terre ........................................................ 38

3.1 Introduction .................................................................................................................. 38

3.2 ........................................................................................................ 38

Notion de facteur de sécurité ................................................................................ 38

3.2.2 ............... 39

3.2.3 Prise en compte de la sismicité dans le calcul de stabilité .................................... 41

3.3 .................................................................................................... 42

3.3.1 Fin de construction. .............................................................................................. 43

3.3.2 ........................................................................................... 43

3.3.3 Vidange rapide. ..................................................................................................... 44

3.4 Facteurs de sécurité minimaux ..................................................................................... 44

3.5 Application ................................................................................................................... 45

Chapitre 4 Dispos ......................... 50

4.1 Filtres ........................................................................................................................... 50

4.1.1 Rôles ..................................................................................................................... 50

Table des matières

4.1.2 Principe et constitution ......................................................................................... 50

4.1.3 Loi des filtres ........................................................................................................ 51

4.1.4 Epaisseur du filtre ................................................................................................. 52

4.1.5 Filtre en géotextiles .............................................................................................. 53

4.2 Drains ........................................................................................................................... 54

4.2.1 Rôle ....................................................................................................................... 54

4.2.2 Principe et Constitution ........................................................................................ 54

4.3 Protection des talus ...................................................................................................... 55

4.3.1 En amont ............................................................................................................... 55

4.3.2 ................................................................................................................. 56

4.4 Disposition des drains et des filtres ............................................................................ 56

4.4.1 Drains tapis ........................................................................................................... 56

4.4.2 Le drain cheminé .................................................................................................. 57

4.4.3 Puits filtrants ......................................................................................................... 58

4.5 Application ................................................................................................................... 59

Références bibliographiques ............................................................................... 61

Liste des figures

i

Liste des figures

Figure 1 :Coupe schématique de la structure du barrage Saad El Karafa sur le wadi Garawi (Le Delliou

2003) .................................................................................................................................................. 1

Figure 2 : Evolution du nombre de barrage dans le monde (hauteur >15m )(Schleiss and Pougatsch

2011) .................................................................................................................................................. 2

Figure 3Millogo Founémé A. ,2009). ............................ 5

Figure 4: Barrage en terre homogène avec drain ....................................................................................... 5

Figure 5: Barrage zoné ............................................................................................................................... 6

Figure 6: Barrage à masque amont ............................................................................................................ 7

Figure 7: Masque en béton armé (barrage New Spicer Meadow, USA) ................................................... 8

Figure 8: Pose de géomembrane (Barrage de Sar Cheshmeh, Iran) .......................................................... 8

Figure 9: Barrages en remblai avec membranes centrales. ........................................................................ 9

Figure 10: Influence de la fondation sur la conception du barrage (Schleiss, A. J. 2004) ....................... 11

Figure 11: Définition des côtes RN et PHE ............................................................................................. 13

Figure 12: Ligne de saturation pour barrage homogène sans drain sur sol imperméable ........................ 17

Figure 13 ............................................................. 19 Figure 14 .............................................................................. 20

Figure 15: Bilan des forces exercées sur un volume élémentaire de sol. ................................................. 22

Figure 16: Réseau d'écoulement .............................................................................................................. 24

Figure 17

drain ................................................................................................................................................. 25

Figure 18

imperméable ..................................................................................................................................... 25

Figure 19

perméable de même perméabilité que le massif .............................................................................. 26

Figure 20

du barrage (K1>K2) ......................................................................................................................... 26

Figure 21 ........................................ 27

Figure 22: Détermination de la pression interstitielle. ............................................................................. 27

Figure 23: Erosion interne ....................................................................................................................... 30

Figure 24 : Phénomène de Boulance........................................................................................................ 30

Figure 25: Barrage en terre homogène reposant sur un substratum imperméable ................................... 33

Figure 26: Tracé de la courbe de saturation ............................................................................................. 35

Figure 27: Barrage en terre homogène avec drain horizontal reposant sur un substratum imperméable 36

Figure 28: Découpage en tranche ............................................................................................................ 39

Figure 29: Sollicitation pseudo-statique .................................................................................................. 42

Figure 30: Surface de rupture les plus critiques en fonction du type de barrage en terre ........................ 43

Figure 31 .............................................. 44

Figure 32: Barrage en terre homogène reposant sur un substratum imperméable ................................... 45

Figure 33: Découpage du volume de sol et forces appliquées sur chaque tranche .................................. 46

Figure 34 : Stabilité aval (retenue vide) ................................................................................................... 48

Figure 35: Stabilité aval (retenue pleine) ................................................................................................. 48

Figure 36: Exemple de fuseau granulométrique de filtre. ........................................................................ 52

Figure 37: Fonctionnement de filtre géotextiles ...................................................................................... 53

Liste des figures

ii

Figure 38: Réalisation de filtres en géotextile protégeant un drain horizontal. (Photo Irstea - G2DR). .. 54

Figure 39: Protection amont en enrochements ......................................................................................... 56

Figure 40: Disposition du drain et du filtre (fondation imperméable) ..................................................... 57

Figure 41: Disposition du drain et du filtre (fondation perméable) ......................................................... 57

Figure 42: Drain vertical .......................................................................................................................... 58

Figure 43: Puits filtrants........................................................................................................................... 58

Figure 44: Courbe granulométriques des sols A et B .............................................................................. 59

Figure 45: Fuseau granulométrique de la zone de transition ................................................................... 60

Liste des tableaux

iii

Liste des tableaux

Tableau 1: Les barrages Algériens avant 1962 (Bouzid 2010) .................................................................. 3

Tableau 2: Pente des talus pour prédimentionnement ............................................................................. 15

Tableau 3: Ordre de grandeur du coefficient de perméabilité(Schlosser 1988) ....................................... 22

Tableau 4: Coefficient de LANE en fonction de la nature de terrain (Rolley, Kreitmann et al. 1977) .. 32

Tableau 5: Calcul par la méthode des tranches ........................................................................................ 46

Tableau 6: Exemple de résultats de simulation obtenus pour une tranche............................................... 49

Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre

1 Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre

1.1 Introduction

Les barrages sont par définition des ouvrages hydrauliques et à en stocker pour différents usages.

La plupart des références historiques cite le barrage de Saad El Kafara (Figure 1) construit en

Egypte en 2600 av.JC, comme étant le premier "vrai barrage" de 14m de hauteur , 113m de longueur et créant 500000m3 (Le Delliou 2003). Sa structure était en tout venant imperméable avec deux épaulements en enrochement. Il fût détruit au cours de sa construction Figure 1 :Coupe schématique de la structure du barrage Saad El Karafa sur le wadi Garawi (Le

Delliou 2003)

grecques, romains, du moyen orient ou extrême orient ont été construits depuis des millénaires, essor de construction réellement développement démographique du XIXème siècle. on estime à plus de 50000 le nombre de grands barrages en service dont prés de 50% se trouvent en chine (Figure 2).

Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre

2 Figure 2 : Evolution du nombre de barrage dans le monde (hauteur >15m )(Schleiss and

Pougatsch 2011)

Algérie, les barrages ont commencé à être érigés à partir du 19ème siècle. A la fin

de la période Algérie ne disposait que de 15 barrages sur tout le territoire (Tableau

1). investissements considérables dans le secteur , 79

barrages sont exploités et répartis entre les différentes régions du pays:

14 en région Ouest ;

17 en région Chélif ;

18 en région Centre ;

30 en région Est .

Les projections à 2030 prévoient à ce que le nombre passera à 139 barrages avec une capacité de stockage de 12 milliards de m3 ensemble du pays. 0 5000
10000
15000
20000
25000
30000

1850190019502000

Mo nde sans chine

Année

Etat2003:

Monde sans chine : 28417

Monde avec chine: 50117

Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre

3 Les barrages en remblai sont des barrages constitués de matériaux meubles allant de

fine à des éléments très grossiers (enrochements). Ils regroupent plusieurs catégories

en fonction de la méthode employée pour assurer l'étanchéité. très ancien

est le plus communément utilisé, il représente prés de 70% du parc mondial des barrages. En

Algérie plusieurs barrages sont construits en matériaux meubles , Hammam Boughrara , Sidi abdelli , Cheffia, Guenitra, Beni Zid, Mexa, Zit El Emba, Fontaine des Gazelles, Deurdeur, Oued Cherf, Foum El Gueiss, Ghrib, Bakhadda, Beni Amrane, El Tableau 1: Les barrages Algériens avant 1962 (Bouzid 2010)

1.2 Terminologie

La figure suivante donne la coupe schématique d'un barrage en remblai (Figure 3). Sont

aussi mentionnés les principaux termes utilisés pour caractériser les composantes de ce type de

barrage. On notera surtout :

Nom Oued Année de

construction

Volume

initial (hm3)

Meurad Djabroun 1852-59 0,8

Tlelat Tlelat 1869-70 0,7

Fergoug Habra 1865-71 puis 1882 30

Cheurfas Sig 1880-82 3

Cheurfas Sig 1886-92 18

Djidiouia Djidiouia 1857-77 0,7

Hamiz Hamiz 1869-94 14

O.Fodda Fodda 1932 228

Boughzoul Chelif 1934 55

Bakhadda Mina 1936 56

Ghrib Chelif 1939 280

Foum El Gueiss Gueiss 1939 3,4

1940 12,4

Zardezas Saf-Saf 1946 14,9

Beni Bahbel Tafna 1946 63

Bouhanifia Hammam 1948 73

Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre

4

Crête: Elle facilite la circulation sur le barrage une fois terminée. Le niveau de la crête

définit la hauteur maximale qu'atteint le barrage.

Berme(Risberme) : Elle permet la réalisation et la réparation des revêtements de talus,

contribue à la stabilité des digues, réduit la vitesse des eaux de ruissèlement sur les surfaces

des talus avals. du barrage pour diminuer les fuites à travers le sol de fondation en colmatant les pores et les fissures.

Drains: Ce sont des organes de barrage réalisés en matériaux pulvérulent et drainants. Ils

servent à contrôler et à orienter les infiltrations dans le corps du barrage. Ils peuvent être

horizontaux, verticaux ou de pied

Filtres : Ce sont des dispositifs incorporés avec les drains. Ils sont réalisés en matériaux

Noyau: rgane étanchéité

des barrages zonés. Recharge: Elle est réalisée en matériau grossier et pdu noyau. elle est indispensable pour la fonction de stabilité du barrage.

Parement de protection : lutter contre

l'action des vagues et de la pluie.

Revanche : La revanche R est la différence de côte entre les Plus Hautes Eaux (PHE)

correspondant à la crue de projet et la crête pour éviter la submersion du remblai par les vagues.

Tapis étanche:

tapisser par un matériau imperméable permettant la diminution des fuites.

Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre

5

Figure 3: Millogo Founémé A. ,2009).

1.3 Classification des barrages en terre

Les barrages en remblai de terre se classent :

1.3.1 Barrage en terre homogène

et la

stabilité, accompagné de dispositifs de drainage contre la filtration (Figure 4). Le remblai est

constitué de matériaux du type argile, argile sablonneuse, limons, sable limoneux, etc.

Figure 4: Barrage en terre homogène avec drain

Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre

6

1.3.2 Barrage en terre hétérogène ou zoné.

Ce sont des barrages composés

le noyau (vertical ou incliné) est constitué de matériaux argileux imperméables, généralement plus large à la base à

cause des pressions interstitielles plus fortes. La fonction de stabilité est apportée par les

recharges (figure 5). Ces massifsplus perméables que le noyau sont réalisés en enrochements,

ou en terre plus grossière.

est entouré de couches filtrantes. Une granulométrie spécialement étudiée est utilisée entre la

taille très petite harges. Plusieurs

couches de filtres successifs sont généralement nécessaires. Les filtres sont décrits dans la

section 4.1. (Le Delliou 2003) : crête pour le passage des engins

De la disponibilité des terres imperméables

Du gradient hydraulique en contact avec la fondation Parmi les plus hauts barrages du monde, Nourek au Tadjikistan, est un barrage en remblai zoné qui atteint 304 mètres de hauteur

1 : Noyau 2 : Recharges 3 : Filtres 4 : Protection de talus (Rip-rap)

Figure 5: Barrage zoné

Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre

7 La solution du noyau central mince est choisie lorsque la roche de fondation est peu déformable, pénalisants pour la stabilité des talus. , le noyau est déplacé ve présente certains avantages comme: la possibilité de c forte pluviométrie) ; La surélévation du barrage est plus facile à réaliser.

1.3.3 Barrage à masque amont

Il est généralement formé par un massif perméable qui assure la fonction de stabilité.

par une couche appelée masque, masque est étanche sur toute sa surface (Figure 6). par le barrage de Shuibuyaen de Chine avec 233 mètres de hauteur au-dessus des fondations.

Figure 6: Barrage à masque amont

Le masque lui-même peut être réalisé : Par une dalle de béton armé coulée par plots successifs sur toute la surface du parement amont (Figure 7).

Chapitre 1 Généralités sur les barrages en terre

8 Figure 7: Masque en béton armé (barrage New Spicer Meadow, USA) Par une ou des couches de béton bitumineux mises en place par des engins routiers adaptés. Par des géomembranes (typiquement des feuilles de PVC de forte épaisseur) livrées en lés et soudées les unes aux autres. Les feuilles sont posées sur une couche de transition en matériau fin (pour irectement sur les enrochements) et protégées par des dalles ou des pavés (Figure 8). Figure 8: Pose de géomembrane (Barrage de Sar Cheshmeh, Iran)quotesdbs_dbs11.pdfusesText_17