Rapport Du PFE

ECOLE HASSANIA DES TRAVAUX PUBLICS Département Ponts Chaussées & Transport

NOVEC Direction infrastructures Département Rails, Routes & Autoroutes

Mémoire du Travail de Fin d’Etude pour l’obtention Du diplôme d’Ingénieur d’Etat de l’EHTP Option : Infrastructures de transport Etude d’élargissement à 2×3 voies du tronçon BPV Tit-Mellil au nœud de Tit-Mellil de l’autoroute A1 & Etude du tronçon Tit-Mellil / Mediouna de l’autoroute A31

Présenté par :

Encadré par :

Anasse JEBBARI

Mr. Mohammed HAKAM (NOVEC)

Hatim KARIM

Mr. Ishak HBIAK (EHTP)

Juin 2012

Dédicace A nos chers parents, Aux longues années qu’ils nous ont consacrées. Ce mémoire leurs est dédié en gage de notre affection et de notre reconnaissance. A nos frères et sœurs, Leurs présences à nos côtés et leurs soutiens nous seront toujours indispensables. A nos familles, A nos professeurs, A nos amis,

A toutes les personnes rencontrées au cours de ce cursus, Nous dédions ce travail.

Hatim et Anasse

Remerciements

Nous remercions avant tout Allah de nous avoir facilités ce Projet de Fin d’Etude et de nous avoir assistés durant quatre mois à accomplir ce que nous vous présenterons en ce qui suit. Nous exprimons nos profondes reconnaissances à notre encadrant externe Mr. Mohammed HAKAM, ingénieur spécialiste à NOVEC, qui nous a consacré son temps et offert son soutien pour nous aider à élaborer ce travail dans les meilleures conditions. Nous sommes très reconnaissants des conseils fructueux qu’il n’a cessé de nous prodiguer. Nous exprimons également nos gratitudes à l’ensemble du personnel du BET NOVEC en la personne de Mme Ikram AZEMMAT chef du département Rails, Routes & Autoroutes qui nous a confié ce sujet. Nous remercions vivement notre encadrant interne Mr. Ishak HBIAK, professeur à l’EHTP, nous le remercions pour nous avoir encadrés de très prés et pour tous les efforts qu’il a consentis et ses conseils précieux. Nous saisissons cette occasion pour adresser nos vifs remerciements à Mr. Omar SIKKAL chef de la Division des Travaux d’élargissement de l’Autoroute Rabat-Casablanca de nous avoir donné l’occasion de découvrir de près le côté pratique du projet autoroutier à travers un stage ingénieur au sein de la DTRC ainsi que tout le staff de la division. Nous tenons à remercier aussi tous les membres du jury pour leur bienveillance à vouloir évaluer notre travail. Nous adressons, enfin, nos remerciements au corps enseignant pour la formation académique qu’ils nous ont fourni pendant les trois années et à tout le personnel de l’EHTP pour avoir veillé à notre confort durant cette période.

Résumé Le présent mémoire consiste à l’étude d’élargissement à 2*3 voies du tronçon BPV au nœud de Tit Mellil de l’autoroute A1 et à l’étude de construction neuve de la section autoroutière Tit Mellil Médiouna de l’autoroute A31. A travers cette étude, nous avons traité la majorité des particularités du projet, dont on tire les principaux résultats. En effet, la conception géométrique d’une configuration aussi complexe de nœud, de barrière de péage et des diffuseurs n’allait pas pu être réalisée sans l’adoption d’une variante unique en son genre au Maroc et comportant un échangeur à trois niveaux. Quant à elle, l’étude détaillée de laminage des dépressions a permis une maitrise avancée du calcul des débits, ce qui se répercutera positivement aussi bien sur la pérennité de l’infrastructure que sur l’économie du coût des ouvrages hydrauliques. En ce qui concerne l’étude de la structure de chaussée, l’utilisation des enrobés à module élevé, nouvellement adoptés dans les chantiers nationaux, a montré une compétitivité considérable sur deux plans technique et économique.

5 Projet de fin d’étude 2011 /2012

Sommaire Sommaire............................................................................................................... 5 Liste des Figures................................................................................................... 10 Liste des Tableaux................................................................................................ 11 Introduction.......................................................................................................... 13

I. PRESENTATION GENERALE DE LA ZONE D’ETUDE.......15 1.1 SITUATION DU PROJET.......................................................16 1.1.1 CONTEXTE DU PROJET.............................................................................16 1.1.2 ZONE DU PROJET...................................................................................16

1.2 ENVIRONNEMENT DU PROJET...............................................18 1.2.1 ENVIRONNEMENT NATUREL.......................................................................18 1.2.1.1.............................................................................................. Milieu naturel 18 1.2.1.2........................................................................ Climatologie et hydrologie 18 1.2.1.3...................................................................................... Géologie générale 18 1.2.1.4.................................................................................................. Agriculture 19 1.2.1.5..................................................................................... Ressources en eau 19 1.2.2 ENVIRONNEMENT SOCIO-ÉCONOMIQUE.......................................................19 1.2.2.1..................................................................................... Patrimoine culturel 19 1.2.2.2.................................................................................. Urbanisation et bâtit 19 1.2.2.3............................................................................................... Cadre de vie 19

1.3 PROJETS CONCOMITANTS....................................................20

II.CONCEPTION GEOMETRIQUE DU PROJET...................21 2.1 PRÉSENTATION DU PROJET..................................................22 2.1.1 BPV TIT-MELLIL - NŒUD DE TIT-MELLIL......................................................22 2.1.2 LE NŒUD TIT MELLIL :...........................................................................22 2.1.3 SITE PROPRE NŒUD TIT MELLIL / MEDIOUNA...............................................22

2.2 CONCEPTION GÉNÉRALE.....................................................24

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2.2.1 NORMES GÉOMÉTRIQUES ADOPTÉES « ICTAAL ».........................................24 2.2.1.1........................................................................................ Section courante 24 2.2.1.2................................................................................................. Échangeurs 24 2.2.1.3................................................................. Dispositif d’entrée et de sortie 25 i. Dispositif d’entrée sur l’autoroute...................................................................25 ii. Dispositif de sortie de l’autoroute...................................................................26 iii. Détermination des paramètres :....................................................................27

2.3 CARACTÉRISTIQUES DU TRACÉ EN PLAN..................................29 2.3.1 CONTRAINTES DU TRACÉ EN PLAN.............................................................29 2.3.1.1............................................................. BPV tit-mellil - nœud de tit-mellil 29 2.3.1.2...................................................................................... Nœud de Tit Mellil 29 i. Géométrie du tracé......................................................................................... 29 ii. Habitation....................................................................................................... 29 iii. Barrière de péage........................................................................................... 30 2.3.1.3................................................... Site propre nœud Tit-Mellil / Mediouna

30 i. Habitations...................................................................................................... 30 ii. Carrières......................................................................................................... 31 iii. Rétablissements de communication...............................................................31

2.3.2 DESCRIPTION DU TRACÉ..........................................................................32 2.3.2.1............................................................. BPV tit-mellil - nœud de tit-mellil 32 i. Solution adoptée.............................................................................................. 32 ii. Caractéristiques du tracé................................................................................ 33 2.3.2.2...................................................................................... Nœud de Tit Mellil

33 i. Solution adoptée.............................................................................................. 33 ii. Caractéristiques du tracé................................................................................ 33 2.3.2.3................................................... Site propre nœud Tit-Mellil / Mediouna

35 i. Solution adoptée :........................................................................................... 35 ii. Caractéristiques du tracé :.............................................................................. 35

2.3.3 TRACÉ

EN PLAN GLOBAL..........................................................................36

2.4 CARACTÉRISTIQUES DU PROFIL EN LONG.................................37 2.4.1 CONTRAINTES DU PROFIL EN LONG............................................................37 2.4.1.1............................................................. BPV tit-mellil - nœud de tit-mellil 37 i. Passages supérieurs........................................................................................ 37

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2.4.1.2...................................................................................... Nœud de Tit Mellil 37 ii. Intersection des axes...................................................................................... 37 iii. Dépressions.................................................................................................... 37 2.4.1.3................................................... Site propre nœud Tit-Mellil / Mediouna

37 i. Rétablissements.............................................................................................. 37 ii. Ouvrages hydrauliques et dépressions...........................................................37

2.4.2 DESCRIPTION DU TRACÉ..........................................................................38 2.4.2.1............................................................. BPV tit-mellil - nœud de tit-mellil 38 i. Solution adoptée.............................................................................................. 38 ii. Caractéristiques du tracé................................................................................ 38 2.4.2.2...................................................................................... Nœud de Tit Mellil

38 i. Solution adoptée.............................................................................................. 38 2.4.2.3................................................... Site propre nœud Tit-Mellil / Mediouna

38 i. Solution adoptée.............................................................................................. 38 ii. Caractéristiques du tracé................................................................................ 38

2.5 PROFIL EN TRAVERS TYPE...................................................39 2.5.1 PROFIL EN TRAVERS TYPE TRIPLEMENT : BPV TIT-MELLIL _ NŒUD TIT-MELLIL. . .39 2.5.1.1.................................. Reconstitution du profil en travers type existant 39 2.5.1.2............................................ Evaluation de l’état de la couche de forme 41 2.5.1.3.................................................................................. Choix de la variante 42 i. Variante 1........................................................................................................ 42 ii. Variante 2....................................................................................................... 42 iii. Comparaison des variantes............................................................................ 43

2.5.2 PROFIL 43 2.5.3 PROFIL

EN TRAVERS TYPE DE LA SECTION NOUVELLE NŒUD EN TRAVERS TYPE DES BRETELLES

TIT-MELLIL -MEDIOUNA

:.................................................43

2.6 CUBATURES....................................................................44

III........................................................................ ETUDE HYDROLOGIQUE 45 3.1 CALCUL HYDROLOGIQUE.....................................................46 3.1.1 DÉLIMITATION DES BASSINS VERSANTS.......................................................46 3.1.2 TEMPS DE CONCENTRATION......................................................................47

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3.1.3 COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT...............................................................48 3.1.4 CALCUL DE DÉBIT..................................................................................51 3.1.4.1............................................................................... Méthodologie adoptée 51 3.1.4.2..................................................................................................... Résultats 52

3.2 DÉPRESSIONS.................................................................54 3.2.1 REPÉRAGE ET ANALYSE DES DÉPRESSIONS...................................................55 3.2.2 CALCUL DE LAMINAGE EN VOLUME.............................................................56 3.2.2.1.............................................. Détermination des capacités de stockage 56 i. Principe de calcul............................................................................................. 56 ii. Courbe H-S-V................................................................................................... 57 3.2.2.2..................................................................................... Calcul des apports

57 i. ii. iii. iv.

Durée de calcul :.............................................................................................. 57 Repérage des dépressions secondaires et délimitation des BV locaux..........58 Principe de calcul........................................................................................... 58 Exemple de calcul des apports.......................................................................59 3.2.2.3............................................................. Détermination du niveau du PHE

61 i. Lecture du niveau du PHE................................................................................ 61 ii. Disposition constitutive vis-à-vis des côtes PHE..............................................61

3.2.3 CALCUL DE LAMINAGE EN DÉBIT................................................................62 3.2.3.1.......................................................... Critique de la méthode rationnelle 62 3.2.3.2................................................................................. Principe de laminage 63 3.2.3.3............................................................... Exemples et Résultats de calcul 65 i. Exemple de calcul : BV 36............................................................................... 65 ii. Cas particulier : Dépression C.........................................................................67 iii. Résultats et interprétations............................................................................ 71

IV............................................................................ ETUDE HYDRAULIQUE 72 4.1 HYDRAULIQUE DES PETITS COURS D’EAU.................................73 4.1.1 EMPLACEMENT DES OUVRAGES HYDRAULIQUES.............................................73 4.1.2 PRÉDIMENSIONNEMENT DES OH...............................................................74 4.1.3 MÉTHODE DE CALCUL HYDRAULIQUE « BUREAU OF PUBLIC ROADS »...............75

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4.1.3.1..................................................................................... Contrôle à l’entrée 75 4.1.3.2.................................................................................... Contrôle à la sortie 77 4.1.4 CRITÈRES DE DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES HYDRAULIQUES....................81 4.1.5 CALAGES DES OUVRAGES HYDRAULIQUES....................................................82 4.1.6 AMÉNAGEMENT DES EXTRÉMITÉS...............................................................83 4.1.7 RÉSULTATS DE CALCUL « CULVERT MASTER »..............................................84

4.2 ASSAINISSEMENT DE LA PLATE FORME....................................86 4.2.1 LES FOSSÉS..........................................................................................86 4.2.1.1.............................................................................................. Désignation : 86 4.2.1.2............................................................................................. Emplacement 87 4.2.1.3......................................................................................... Choix technique 87 4.2.1.4..................................................................................... Dimensionnement 88 i. Formules utilisées............................................................................................ 88 ii. Méthodologie de calcul et résultats................................................................89

4.2.2 LES DESCENTES D’EAU............................................................................91 4.2.2.1................................................................................... Schéma de principe 91 4.2.2.2....................................................................................... Formule de calcul 91 4.2.2.3............................................................. Conditions de dimensionnement 92 4.2.2.4......................................................... Méthodologie de calcul et résultats 93 i. Méthodologies................................................................................................. 93 i. Résultats.......................................................................................................... 94

4.2.3 LES 4.2.4 LES

COLLECTEURS..................................................................................95 DRAINS..........................................................................................95

V. ETUDE DE TRAFIC, DIMENSIONNEMENT DE LA CHAUSSÉE ET DES BARRIÈRES DE PÉAGE.....................96 5.1 ETUDE DE TRAFIC.............................................................97 5.1.1 TRAFIC.................................................................................................97 5.1.1.1....................................................................................... Données de trafic 97 i. Données brutes du trafic................................................................................. 97

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ii. Détermination du trafic dans les différents axes.............................................98 5.1.1.2............................................................................ Accroissement du trafic

101 5.1.1.3.................................................................. Pourcentage des poids lourds 101 5.1.1.4................................................................................... Agressivité du trafic 101 5.1.1.5................................................................... Distribution spatiale du trafic 102 i. Calcul de Trafic horaire de pointe..................................................................102 ii. Détermination du nombre de voies...............................................................102 ii. Détermination du coefficient de largeur........................................................103

5.1.2 TRAFIC

CUMULÉ...................................................................................104

5.2 DIMENSIONNEMENT DE LA STRUCTURE DE CHAUSSÉE................105 5.2.1 CHOIX TECHNIQUES DE LA STRUCTURE DE CHAUSSÉ..................................105 5.2.2 RÉFÉRENTIEL ET MÉTHODOLOGIE DE CALCUL.............................................105 5.2.3 CRITÈRES RETENUS POUR LE DIMENSIONNEMENT........................................107 5.2.4 HYPOTHÈSES DE CALCUL.......................................................................107 5.2.4.1................................................................................................. Plate-forme 107 5.2.4.2......................................................................................................... Risque 107 5.2.4.3............................................................................................... Durée de vie 107 5.2.4.4.......................................................................... Température équivalente 107 5.2.4.5............................................................... Caractéristiques des matériaux 108 i. Matériaux bitumineux :.................................................................................. 108 ii. Graves non traitées :.................................................................................... 108

5.2.5 DÉTERMINATION DES SOLLICITATIONS ADMISSIBLES.....................................109 5.2.5.1.................Calcul de l’allongement admissible à la base des couches bitumineuses :.........................................................................................109 5.2.5.2.........Calcul de l’allongement admissible à la base des couches non traitées.....................................................................................................111 5.2.5.3.................Résultat des déformations admissibles par le logiciel Alizé 111 5.2.6 DÉTERMINATION DES SOLLICITATIONS RÉELLES...........................................112 5.2.6.1................................................. Hypothèse du calcul par le logiciel Alizé 112 5.2.6.2.................................................. Critères de choix de la couche de base 112

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i. Technique :.................................................................................................... 112 ii. Economique :................................................................................................ 113 5.2.6.3......................................... Résultats de calcul des déformations réelles

113 5.2.7 AVANT

MÉTRÉ DES VOLUMES DE LA CHAUSSÉE...........................................114

5.3 DIMENSIONNEMENT DES BARRIÈRES DE PÉAGE........................115 5.3.1 LES BARRIÈRES ET LA GARE DE PÉAGE.....................................................115 5.3.2 HYPOTHÈSES DE CALCUL.......................................................................115 5.3.3 TABLEAU DE VÉRIFICATION.....................................................................115 5.3.4 DIMENSIONNEMENT..............................................................................115 Conclusion.......................................................................................................... 116 Bibliographie...................................................................................................... 118 Annexes.............................................................................................................. 119

Liste des Figures FIGURE 1: SYNOPTIQUE DU PROJET...........................................................17 FIGURE 2: LITHOGRAPHIE DE LA PLAINE DE BERRECHID...........................18 FIGURE 3:VUE GÉNÉRALE DE L'ENSEMBLE DES ZONES D'ÉTUDE..............23 FIGURE 4: DISPOSITIF D'ENTRÉE SUR L’AUTOROUTE.................................25 FIGURE 5: ENTRÉE EN COURBE DROITE RD..............................................26 FIGURE 6: DISPOSITIF DE SORTIE DE L'AUTOROUTE..................................26 FIGURE 7: SORTIE EN COURBE GAUCHE RG...............................................27 FIGURE 8 : VALEUR DU RAYON DE LA COURBE..........................................27 FIGURE 9: SORTIE EN AFFECTION ET ENTRÉE EN INSERTION À UNE SEULE VOIE....................................................................................................28 FIGURE 10: PLAN DE MASSE PROJET ALFADEL...........................................30 FIGURE 11:REPÉRAGE DES HABITATIONS...................................................30 FIGURE 12: REPÉRAGE DES CARRIÈRES.....................................................31 FIGURE 13 : ZONE SITE PROPRE A31.......ERREUR ! SIGNET NON DÉFINI. FIGURE 15: PROFIL EN TRAVERS TYPE EXISTANT.......................................39 FIGURE 14 : PROFIL EN TRAVERS TYPE DE L'AUTOROUTE..........................39 FIGURE 16: ENDROIT DES CAROTTAGES POUR LA RESTITUTION DU PROFIL EN TRAVERS........................................................................................40 FIGURE 17: ENDROIT DES CAROTTAGES POUR DÉTERMINER LE POINT DE RACCORDEMENT.................................................................................40 FIGURE 18: PROFIL EN TRAVERS ÉLARGI ET POINT DE RACCORDEMENT...41 FIGURE 19: ENDROIT DES CAROTTAGES POUR ÉVALUER LA COUCHE DE FORME................................................................................................42 FIGURE 20: REPÉRAGE DES DÉPRESSIONS ET CARRIÈRE...........................55

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FIGURE 21: COURBE H-S-V DE LA DÉPRESSION B......................................57 FIGURE 22 : PRINCIPE DE CALCUL DU LAMINAGE EN VOLUME...................58 FIGURE 23: RÉPARTITION DES DÉPRESSIONS DU BV 36.............................59 FIGURE 24: CALCUL DU PHE DE LA DÉPRESSION B....................................61 FIGURE 25: HYDROGRAMME TYPE DE LA MÉTHODE RATIONNELLE............62 FIGURE 26 : PRINCIPE DU RÉSERVOIR........................................................63 FIGURE 27: SOMMATION DES HYDROGRAMMES........................................64 FIGURE 28: VARIATION TEMPORELLE DU DÉBIT D'ENTRÉE ET DE SORTIEDÉPRESSION 62..................................................................................67 FIGURE 29: DÉPRESSION C........................................................................67 FIGURE 30: SCHÉMA DE PRINCIPE DU DÉSHUILEUR...................................68 FIGURE 31: VARIATIONS TEMPORELLES DES DIFFÉRENTS DÉBITS DE LA DÉPRESSION C....................................................................................71 FIGURE 32: LES CAS DE CONTRÔLE À L'ENTRÉE........................................77 FIGURE 33: DIFFÉRENTS CAS DE CONTRÔLE À LA SORTIE.........................78 FIGURE 34: PERTE DE CHARGE..................................................................78 FIGURE 35: LES CAS DE PERTE DE CHARGE À LA SORTIE..........................79 FIGURE 36: ANGLES DES MURS EN AILE....................................................83 FIGURE 37: DIFFÉRENTS EMPLACEMENTS DE FOSSÉS...............................87 FIGURE 38: SECTION ET PÉRIMÈTRE MOUILLÉS D'UN CANAL TRAPÉZOÏDAL ...........................................................................................................88 FIGURE 39: LARGEUR EN MIROIR ET PROFONDEUR D'UN CANAL TRIANGULAIRE....................................................................................88 FIGURE 40: SCHÉMA DE PRINCIPE DES RISBERMES...................................89 FIGURE 41: SCHÉMA DE PRINCIPE DES DESCENTES D'EAU.......................91 FIGURE 42: CONDITION DE DIMENSIONNEMENT DES DESCENTES D'EAU..92 FIGURE 43: SCHÉMA DE CALCUL DES DESCENTES D'EAU..........................93 FIGURE 44: MODÉLISATION DU TRAFIC DE L'ÉCHANGEUR TIT-MELLIL.......98 FIGURE 45: MODÉLISATION DU TRAFIC DE L'ÉCHANGEUR DE LA Z.I MOULAY RACHID.................................................................................99 FIGURE 46: DÉMARCHE DE DIMENSIONNEMENT MÉCANIQUE..................106

Liste des Tableaux TABLEAU 1: CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DE LA SECTION COURANTE..........................................................................................24 TABLEAU 2: CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DU TRACÉ EN PLAN DES ÉCHANGEURS.....................................................................................24

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TABLEAU 3: CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DU PROFIL EN LONG DES ÉCHANGEURS.....................................................................................25 TABLEAU 4: GABARITS LATÉRAUX AU NIVEAU DES PS 1 ET 2....................29 TABLEAU 5:GABARITS LATÉRAUX AU NIVEAU DES PS 3ET 4......................30 TABLEAU 7:GABARITS LATÉRAUX NÉCESSAIRES AU NIVEAU DES PS 1 ET 2 ...........................................................................................................32 TABLEAU 8: DISTANCE ENTRE PILES DE RIVES ET CULÉES POUR LE PS 2. .32 TABLEAU 6 : RÉTABLISSEMENTS DE COMMUNICATION..............................32 TABLEAU 9:GABARITS LATÉRAUX AU NIVEAU DES PS 3 ET 4....................33 TABLEAU 10: CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DES BRETELLES.........34 TABLEAU 11: REPÉRAGE DES CONTRAINTES DU SITE PROPRE...................35 TABLEAU 12 : GABARITS DES PASSAGES SUPÉRIEURS EXISTANTS............37 TABLEAU 13: ALTITUDES DES PASSAGES SUPÉRIEURS...............................38 TABLEAU 14: COMPARAISON ENTRE LES DEUX VARIANTES.......................43 TABLEAU 15:CARACTÉRISTIQUE GÉOMÉTRIQUE DU PTT DES BRETELLES..43 TABLEAU 16: CALCUL DES CUBATURES DU PROJET...................................44 TABLEAU 17: SURFACE DES BASSINS VERSANTS.......................................46 TABLEAU 18: RÉSULTATS DE CALCUL DES TEMPS DE CONCENTRATION.....48 TABLEAU 19: COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT RECOMMANDÉ PAR ADM.48 TABLEAU 20:CALCUL DES COEFFICIENTS DE RUISSELLEMENT DES BASSINS VERSANTS..........................................................................................50 TABLEAU 21: CALCUL DU COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT AUX EXUTOIRES DES BV.............................................................................50 TABLEAU 22: PARAMÈTRES DE MONTANA..................................................52 TABLEAU 23: CALCUL DE DÉBITS CENTENNAUX GÉNÉRÉS PAR LES BV.....53 TABLEAU 24: CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DES DÉPRESSIONS.....56 TABLEAU 25: CAPACITÉ DE STOCKAGE EN FONCTION DE LA PROFONDEUR ...........................................................................................................57 TABLEAU 26: RÉSULTAT DE CALCUL DU LAMINAGE EN VOLUME POUR LE BV 36.......................................................................................................60 TABLEAU 27: RÉSULTAT DE CALCUL DES APPORTS DES DÉPRESSIONS......61 TABLEAU 28: VALEURS DES CÔTES DE PROJET À L'ENDROIT DES DÉPRESSIONS.....................................................................................61 TABLEAU 29: PRINCIPE DE PROTECTION DES REMBLAIS À L'ENDROIT DES DÉPRESSIONS.....................................................................................62 TABLEAU 30 : CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DE LA DÉPRESSION 62 ...........................................................................................................66 TABLEAU 31: CALCUL DE LAMINAGE EN DÉBIT DE LA DÉPRESSION 62.....66 TABLEAU 32: CARACTÉRISTIQUES DES DÉPRESSIONS C1 ET C2...............69 TABLEAU 33: CALCUL DES NIVEAUX H1 ET H2............................................70 TABLEAU 34: DÉBITS LAMINÉS AUX EXUTOIRES DES BV CONTENANTS DES DÉPRESSIONS.....................................................................................71

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TABLEAU 13: ABSCISSE DES OUVRAGES HYDRAULIQUES..........................74 TABLEAU 35: CONSTANTES DE TYPE D'ENTRÉE.........................................76 TABLEAU 36: TYPE D'ÉCOULEMENT ET VALEUR DE HO CORRESPONDANTE ...........................................................................................................80 TABLEAU 37: HAUTEUR DE REMBLAI MAXIMALE SUIVANT LE TYPE DE L'OUVRAGE.........................................................................................81 TABLEAU 38: RÉSULTAT DE DIMENSIONNEMENT DES FOSSÉS...................90 TABLEAU 39: CALCUL DES PENTES LIMITE.................................................94 TABLEAU 40: ESPACEMENT CORRESPONDANT À CHAQUE INTERVALLE DE PENTES...............................................................................................94 TABLEAU 41: DONNÉES BRUTES DE TRAFIC...............................................97 TABLEAU 42: RÉSULTATS DE CALCUL DU TRAFIC DANS CHAQUE AXE......100 TABLEAU 43: CALCUL DU TAUX D'ACCROISSEMENT GÉOMÉTRIQUE........101 TABLEAU 44: NOMBRE DE VOIES RECOMMANDÉES PAR ICTAAL..............102 TABLEAU 45: CALCUL DE NOMBRE DE VOIES...........................................103 TABLEAU 46: COEFFICIENT DE LARGEUR.................................................103 TABLEAU 47: NOMBRE D'ESSIEU ÉQUIVALENT DE 13T.............................104 TABLEAU 48; CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES DES MATÉRIAUX BITUMINEUX......................................................................................108 TABLEAU 49: VARIABLE CENTRÉE RÉDUITE ASSOCIÉE AU RISQUE R.......109 TABLEAU 50: ECART TYPE DE LA DISTRIBUTION DES RÉSULTATS DES ESSAIS DE FATIGUE...........................................................................110 TABLEAU 51: ECART TYPE DE LA DISTRIBUTION DES ÉPAISSEURS DES COUCHES..........................................................................................110 TABLEAU 52: VALEURS DE COEFFICIENT DE CALIBRATION.......................110 TABLEAU 53: VALEURS DE COEFFICIENT KS.............................................110 TABLEAU 54: CALCUL DE DÉFORMATIONS ADMISSIBLES.........................111 TABLEAU 55: CALCUL DE DÉFORMATIONS RÉELLES POUR LES STRUCTURES GB ET EME........................................................................................112 TABLEAU 56: COMPARAISON ÉCONOMIQUE DU COÛT DES GB ET EME....113 TABLEAU 57: RÉSULTATS DE CALCUL DE STRUCTURES DE CHAUSSÉE....113 TABLEAU 58: AVANT MÉTRÉ DE LA CHAUSSÉE.........................................114 TABLEAU 59: NOMBRE DE GUICHETS POUR LES BARRIÈRES DE PÉAGE. 115

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Introduction Afin de définir les besoins et les orientations de développement des infrastructures autoroutières, la Direction des Routes a prévu un deuxième schéma directeur autoroutier. Ce schéma avait été hiérarchisé pour satisfaire en priorité la croissance du trafic tout en s'inscrivant dans une vision globale d'aménagement du territoire tenant compte des ressources financières disponibles. Ce programme totalise 384 km d’autoroutes : dont l’élargissement de l’autoroute de contournement de Casablanca et la construction du tronçon Casablanca- Berrechid par Tit Mellil et Mediouna sur 30,5 km.

Dans ce contexte, notre projet de fin d’étude traite deux tronçons. Le premier consiste à l’élargissement à 2×3 voies de la barrière de péage Tit-Mellil au nœud de Tit-Mellil de l’autoroute de contournement de Casablanca, le second comprend la construction d’une section autoroutière en 2×2 voies reliant le nœud Tit-Mellil à Mediouna. Pour atteindre cet objectif nous avons suivi une démarche consistant d’abord à collecter et analyser les données, les recensements et les études antérieures du projet, ensuite à étudier tous les aspects du projet, à savoir le tracé, l’hydrologie, l’hydraulique, le trafic et la structure de chaussée pour enfin synthétiser et ajuster définitivement les résultats de l’ensemble de l’étude.

Dans cet esprit notre mémoire de fin d’étude va parcourir cinq chapitres, dans lesquels on traitera à chaque fois une partie fondamentale de tout projet autoroutier. La première décrit et analyse la zone de l’étude, et présente les spécificités géographiques, climatologiques, hydrographiques, morphologiques et socio-économiques. La deuxième étape traite le Tracé autoroutier, elle a pour objectif la sélection d’un ensemble de variantes qui semblent les mieux adaptées aux contraintes naturelles et fonctionnelles du projet. Ceci sera déterminant pour l’implantation du tracé en plan, le calage profil en long et le choix des variantes des profils en travers.

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La troisième étant l’étude hydrologique, elle présente les étapes suivies pour l’estimation de débit : délimitation des bassins versants, temps de concentration, coefficient de ruissèlement, ainsi qu’une étude détaillée des dépressions (Dayas). La quatrième est réservée à l’étude hydraulique, elle englobe le dimensionnement et le calage hydraulique des ouvrages hydrauliques (OH), ainsi que l’assainissement de la plateforme moyennement des descentes d’eau et des fossés. La dernière phase s’intéresse au dimensionnement de la structure de la chaussée et des barrières de péage, ce qui passe nécessairement par une étude consistante du trafic permettant d’évaluer ses caractéristiques pour chaque axe du projet.

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I. PRESENTATION GENERALE DE LA ZONE D’ETUDE 1.1 Situation du projet 1.1.1 Contexte du projet

Nousse commençons partiesud pardeprésenter Le projet situe dans la zonecette périurbaine Casablanca le quicontexte connait un du important développement entrainé la ville de Casablanca qui reste le premier pôlenous économique du projet et laparzone sujette de l’étude, ensuite nous royaume.

intéresserons aux spécificités géographiques, climatologiques, La hydrographiques, section barrière de péage pleine voie (BPV) Tit-Mellil au nœud de Tit-Mellil morphologiques et socio-économiques de s’insère la dans la continuité du projet d’élargissement à partir de la bifurcation de Ain Harouda jusqu’au région et enfin définironsest lesdeprojets ou futurs nœud de Tit-Mellil, le but nous de l’élargissement disposerexistants d’une infrastructure pouvant supporter l’évolution croissante du trafic sur cet axe. La section nœud Tit-Mellil à Mediouna s’insère dans l’axe Casablanca à Berrechid qui vient parachever le système autoroutier dans la zone périphérique Sud de Casablanca, elle s’insère dans l’axe autoroutier Rabat-Casablanca-Settat-Marrakech-Agadir, elle permet aux usagers empruntant l’autoroute de contournement de Casa un accès directe au futur nœud de Berrechid sans avoir à emprunter le tronçon de l’autoroute A3 à travers bouskoura. Cet aménagement permet de préserver l’avenir, en réservant le passage à une infrastructure de haut niveau de service, qui viendra soulager l’autoroute de contournement de

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Casablanca A1 et le réseau des routes existantes. Il permet ainsi d’accompagner le développement que connait la zone entre Casablanca et Berrechid. 1.1.2

Zone du projet

Le projet sujet d’étude s’insère dans le projet global, s’étalant sur les provinces de Mediouna et Nouaceur qui sont appelées à se développer davantage ainsi que Déroua qui relève sur le plan administratif de la province de Settat. Au milieu de la zone, il y a l’important aéroport Mohamed V et sa technopole. Cet aéroport connait une croissance d’activité continue. Quant à la ville de Berrechid, en plus de la richesse agricole de son arrière-pays, elle connait un développement industriel sensible tiré de sa proximité de Casablanca. Le schéma ci-après présente la zone du projet et la partie sujette de l’étude :

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Figure 1: Synoptique du projet

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1.2Environnement du projet Une infrastructure de cette envergure apporte un changement à la fois sur l’environnement naturel et l’environnement socio-économique de sa zone d’influence. La prise en compte de l’environnement a influé sur le calage et les options techniques retenues pour le projet. 1.2.1

Environnement naturel

De manière générale, le tracé de l’autoroute a été projeté de façon à assurer la meilleure insertion possible dans le site traversé.

1.2.1.1

Milieu naturel

La zone du projet est fortement anthropisée et il n’y pas de zones naturelles où flore et faune peuvent exister.

1.2.1.2

Climatologie et hydrologie

Le climat est directement influencé par la proximité de l’océan. La pluviométrie moyenne annuelle s’élève à 370 mm, avec une période pluvieuse d’Octobre à Mars. La température présente de forts écarts entre l’hiver et l’été avec une moyenne des maxima de 24,9° C et des minima de 9,6 °C. Du fait de la configuration structurale et topographique de la plaine, le réseau hydrographique est endoréique ; il est constitué, du Nord-Est au Sud-Ouest, par les oueds Asseïla, Aïda, El Ahmeur, Mazere, Tamdrost et Boumoussa.

1.2.1.3

Géologie générale

La plaine de Berrechid se présente en surface comme une fosse de subsidence, limitée au sud par les calcaires marneux du Crétacé, et ailleurs par des formations primaires constituées de schistes et de quartzites. Les terrains de remplissage sont formés de grès marins et dunaires du Pliocène.

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Figure 2: Lithographie de la plaine de Berrechid

Agriculture

1.2.1.4

L’autoroute de Berrechid Tit Mellil se situe pour les 2/3 de son linéaire dans la plaine de Berrechid ; plaine connue pour ces sols fertiles dont on cultive des céréales, des légumineuses et du maraichage qui profitent de la nappe souterraine pour son irrigation. Pour le reste du projet, il se situe dans la zone dunaire où par endroit le rocher affleure et les terrains sont généralement inexploitables.

Ressources en eau

1.2.1.5

Il n’existe aucun écoulement superficiel pérenne. Cependant dans la plaine de Berrechid, il existe une nappe fortement exploité pour l’agriculture par le biais de puits. Située au Sud de la ville de Casablanca, la nappe de Berrechid, se distingue des autres nappes de la région, par l'importance de son étendue qui avoisine 1500km². Elle s'insère dans le quadrilatère formé par les villes de Settat, d'El Gara, de Mediouna et le centre de Bouskoura. Cette nappe se développe dans des formations gréseuses d’âge plio–quaternaire, sous une couverte limoneuse d'épaisseur moyenne de 20m.

1.2.2

1.2.2.1

Environnement socio-économique

Patrimoine culturel

La consultation de l’inventaire des monuments et sites inventoriés par la direction du patrimoine du ministère des affaires culturelles, a montré qu’aucun site répertorié ne se trouve à proximité du tracé de l’autoroute.

1.2.2.2

Urbanisation et bâtit

Le tracé intègre les projets de développement urbain de la zone de manière à contourner au maximum les zones d’habitat groupé. Toutefois certaines de ces zones n’ont pas pu être évitées et vont être sujet d’expropriation.

1.2.2.3

Cadre de vie

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Pour les populations locales, c’est l’effet de coupure que crée l’infrastructure qui est le plus ressenti. A cet effet, un système de rétablissement constitué d’ouvrages de franchissement sous ou sur l’autoroute complété par des pistes latérales à l’infrastructure, a été prévu.

1.3 Projets concomitants Les projets prévus par le schéma directeur d’aménagement urbain de la région du grand Casablanca SDAU dans la zone d’étude:  Le futur grand stade de Casablanca de 80000 places prévu à Lahraouiyine.  Campus universitaire de Bouskoura desservi par le réseau R.E.R El BIDAOUI .La forêt de Bouskoura sera aménagée en complément au démarrage de la ville verte  Au niveau de la province de Nouaceur :  4 pôles industriels (Nouaceur, Bouskoura, Oueld Saleh et l’axe El Jadida).  le développement du parc d’exposition et une offre hôtelière à Nouaceur.  Province de Mediouna :  L’implantation d’un marché agricole et l’extension Nord et Est de Mediouna.  Lahraouiyine accueillera le nouveau pôle urbain avec une zone logistique, une zone d’activités commerciales et une zone de formation.  Majjatia se développera à partir du noyau situé à l’Est de Mediouna et d’un autre noyau à l’Ouest (Merchich).  Projet de logement Al Fadel lancé par Al Omrane.

Voie de 50m

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II. CONCEPTION GEOMETRIQUE DU PROJET Dans cette partie nous présenterons en détail les trois lots du projet : le triplement de la section BPV tit-mellil- nœud de tit-mellil, le nœud de tit-mellil et le site propre nœud Tit Mellil- Mediouna Nous analyserons par la suite toutes les contraintes du tracé en plan, du profil en long et du profil en travers correspondants à chaque lot. On sélectionnera alors l’ensemble de variantes qui semblent les mieux adaptées aux contraintes naturelles et fonctionnelles du projet. Le tracé du tronçon est réalisé en respectant Les normes ICTAAL et sera conçu en combinant les logiciels AUTOCAD et PISTE

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2.1

Présentation du projet

2.1.1 BPV tit-mellil - nœud de tit-mellil

Le projet démarre à la barrière pleine voie de Tit Mellil et se termine au nœud de Tit Mellil. Il s’inscrit dans la continuité du projet d’élargissement à partir de la bifurcation de Ain Harouda jusqu’au nœud de Tit-Mellil. Notre étude démarre au PK 0, au niveau de la BPV de Tit Mellil et se termine au PK 3 au niveau de la bifurcation de Tit Mellil. 2.1.2 Le nœud Tit Mellil :

Le Maitre d’ouvrage prévoit un nœud autoroutier avec des bretelles pour desservir la ville de Casablanca. Ce nœud permettra également de relier l’autoroute A1 à l’autoroute A31 par le biais de la bifurcation de Tit-Mellil. En effet ce nœud sera conçu de manière à desservir, par des liaisons directes, le maximum des destinations : El-Jadida-Casablanca-Mediouna-Tit Mellil-Rabat. 2.1.3 Site propre nœud Tit Mellil / Mediouna

L’autoroute Tit Mellil - Berrechid s’inscrit dans le cadre du programme de schéma d’armature autoroutier national (SAAN). Elle constitue la deuxième phase de l’autoroute Casablanca - Settat. Il s’agit de la section en site propre entre la bifurcation de Tit Mellil (intersection avec l’autoroute de contournement de (Casablanca) et l’échangeur de Mediouna L’autoroute projetée est longue de 30 kilomètres. Elle relie le Nœud de Berrechid et le Nœud de Tit Mellil. L’autoroute projetée prend une direction Sud - Nord au départ du nœud de Berrechid. Elle intercepte la RN9 environ quinze kilomètres au Nord de ce nœud, passe à l’Ouest de Mediouna qu’elle dessert par deux échangeurs, Mediouna Sud et Mediouna Nord. L’autoroute continue sa progression vers le Nord et croise la RR315, la RP 3015 et ensuite la RP 3016 pour aboutir sur le nœud de Tit Mellil. Notre étude démarre au PK 22, un kilomètre après l’échangeur de Mediouna Nord et se termine au PK 30, au niveau du nœud de Tit Mellil.

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BPV Tit-mellil - nœud de tit-mellil

Le nœud de Tit-Mellil

Site propre nœud TitMellil/Mediouna Figure 3:Vue générale de l'ensemble des zones d'étude

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2.2 Conception générale Le tracé du tronçon est réalisé en respectant Les normes ICTAAL (Instructions sur les Conditions Techniques d’Aménagement des Autoroutes de Liaisons) qui traitent de la conception des autoroutes interurbaines, qu’il s’agisse de la réalisation d’infrastructures nouvelles ou de l’aménagement d’un réseau existant. La conception est réalisée à l’aide du logiciel « Piste » du SETRA. 2.2.1 Normes géométriques adoptées « ICTAAL »

Les tableaux ci-dessous résument les règles géométriques de l’ICTAAL

2.2.1.1

Section courante

Rayon minimal (Rm) tracé en plan Rayon minimal non déversé (Rnd) Déclivité maximale Rayon minimal en angle profil en long saillant Rayon minimal en angle rentrant profil en Dévers travers

L1 600m

L2 400m

1 000 m

650m

5%

6%

12 500 m

6 000 m

4 200 m

3 000 m

d = 6750/R4,25

d=(4680/R)4,7

Tableau 1: Caractéristiques géométriques de la section courante

2.2.1.2

Échangeurs tracé en plan Rayon minimal non déversé (Rnd)

Rayon minimal (Rm)

2 voies 110km/h

650

400

d=(4680/R)-4,7

2 voies 90 km/h

370

240(7%)

d=(3074/R)-5,8

1 voie filante 70km/h

300

125(7%)

d=(964/R)-0,7

1 voie sortie

300

40(7%) et 100 pour le premier rayon rencontré

d=(675/R)+0,25 entre 100 et 300

varie linéairement en fonction de 1/R, entre 2,5 %pour Rnd et 7 % pour Rm

dévers

1 voie boucle

40(7%)

7%

Tableau 2: Caractéristiques géométriques du tracé en plan des échangeurs

Rayon minimal (Rm)

profil en long angle saillant

angle rentrant

déclivité

2 voies 110km/h

6000

3000

6%

2 voies 90 km/h

2700

1900

6%

1 voie filante 70km/h

1500

1500

6%

1 voie sortie

1500

800

6%

Tableau 3: Caractéristiques géométriques du profil en long des échangeurs

2.2.1.3

i.

Dispositif d’entrée et de sortie

Dispositif d’entrée sur l’autoroute Le dispositif d’entrée comprend successivement :  une section d’accélération dont l’obliquité avec l’axe de l’autoroute est comprise entre 3 et 5 %. Sa longueur qui dépend du rayon de la dernière courbe de la bretelle, doit permettre d’atteindre au point "E = 1,00 m", la vitesse conventionnelle de 55 km/h avec une accélération en palier de 1m/s2.  une section de manœuvre adjacente à la chaussée de l’autoroute, longue de 200 m et large de 3,50 m.  un biseau long de 75 m

Figure 4: Dispositif d'entrée sur l’autoroute

R 6R horizontal est respectée sur toute la section du tracé Les caractéristiques géométriques du profil en long de l’axe de Mediouna sont données en (annexe 2). On donne aussi à titre d’exemple le tracé combiné du tronçon entre PK 23+780 au PK 24+880 de l’axe Mediouna (annexe 3).

2.5 Profil en travers type Le profil en travers type de l’autoroute se présente comme ceci : PROFIL EN TRAVERS AUTOROUTE Accotement

Chaussée

Bande médiane

BAU

Berme

BDG

BG

< 0,50 m

Talus

Accotement

Chaussée

TPC

BAU

Berme

BDG BG

Largeur roulable

S

Dispositif d'assainissement

Plate-forme

2.5.1 Profil en travers type triplement : BPV Tit-Mellil _ nœud Tit-Mellil Figure 14 : Profil en travers type de l'autoroute

Le terrain plein central (TPC) existant sur l’autoroute actuelle de contournement de Casablanca vaut au minimum 12m on opte donc pour un élargissement par l’intérieur.

2.5.1.1

Reconstitution du profil en travers type existant

Des carottages vont être effectués en vue de reconstituer le profil type existant et de localiser le point de raccordement entre l’ancienne et la nouvelle chaussée ainsi que l’évaluation de l’état de la couche de forme.

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Figure 15: Profil en travers type existant

Pour déterminer le profil type existant on propose les emplacements des carottages en alternant entre : -La limite droite de la chaussée -Le centre de la chaussée -La limite gauche de la chaussée Et entre les deux demi-profils gauches et droits avec un pas de 200m (voir Figure).

Chaussée Droite

200m

7m TPC +Bandes dérasées

Chaussée Gauche

Figure 16: Endroit des carottages pour la restitution du Profil en travers

 Pour déterminer le point de raccordement on propose les emplacements des carottages en alternant entre : -La limite droite de la BDG -Le centre de la BDG -La limite gauche de la BDG Et entre les deux demi-profils gauches et droits avec un pas de 200m (voir Figure).

BDG Droite

Figure 17: Endroit des carottages pour déterminer le point de raccordement

1m

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200m

TPC

BDG Gauche

Figure 18: Profil en travers élargi et point de raccordement

Dans l’attente des résultats finaux de la compagne de carottage, nous travaillerons sous l’hypothèse d’une structure de l’ancienne chaussée de : 7 BB+16GB+25GNT+50CF, relevée des anciens plans d’exécution.

2.5.1.2

Evaluation de l’état de la couche de forme

Si on opte pour un élargissement avec pente à l’extérieur, la couche de forme (sous l’ancienne chaussée) devra être capable de drainer la quantité d’eau supplémentaire provenant de la nouvelle chaussée. Pour évaluer l’état de la CF, on doit déterminer son insensibilité à l’eau par les essais d’identification suivants: - Granulométrie - L’argilosité :  Indice de plasticité IP  Valeur de bleu de méthylène VBS

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 Coefficient d’imperméabilité k Il faut signaler que le carottage de la couche de forme doit être effectué au niveau de la position la plus sollicitée et accumulant la plus grande quantité d’eau (voie lente + BAU). On compare par la suite ces résultats avec ceux obtenus par le laboratoire de contrôle lors de la mise en œuvre afin d’évaluer le taux de dégradation. On reclasse notre CF selon les spécifications du GTR, on vérifie alors les prescriptions citées ci-avant. De même en attendant l’avis d’un expert nous avons jugé que l’ancienne couche de forme est capable de drainer la quantité d’eau supplémentaire.

BAU Droite

7 Chaussée +TPC

200m BAU Gauche

Figure 19: Endroit des carottages pour évaluer la couche de forme

2.5.1.3

Choix de la variante

Le profil en travers type de l’élargissement va s’insérer dans l’autoroute de contournement de Casablanca à travers :    

L’augmentation de la bande d’arrêt d’urgence (BAU) de 2 mètres à 2,5 mètres. L’ajout d’une voie de 3,5 mètres dans chaque sens. Un terreplein central (TPC) de 4 mètres. La mise en place de séparateurs doubles en béton adhérent (DBA) de 60cm de largeur.

Dans ce cas 2 variantes sont proposées :

i.

Variante 1

La première variante suggère de prolonger les pentes existantes et donc de garder le sens du drainage vers l’extérieur, et ceci avec GNT constante et une réduction de la couche de forme à 44cm (annexe 4).

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ii.

Variante 2

La deuxième variante Quant à elle, propose une pente de la couche de forme vers l'intérieur et donc un drainage de la voie ajoutée vers l’intérieur, on prévoit dans ce cas drain sous la DBA (annexe 5).

iii.

Comparaison des variantes exécution

VARIAN TE 1

Facile à exécuter.

durabilité En attendant le rapport de l'expert, le retour de l’expérience de l’ADM et de NOVEC affirme que notre CF demeure drainante et donc durable.

-Difficulté de la mise en place du drain, des regards et du collecteur : espace insuffisant -Problème de sécurité pour les usagers à cause de la Plus durable à condition de veiller à VARIAN discontinuité des DBA : Largeur des regards (80cm) nettoyer les regards régulièrement vu TE et celle des DBA (60cm), nécessité d'utiliser des l’impossibilité de les changer si ils sont 2 caches au niveau de chaque regards. colmatés. - Difficulté d'exécution de la DBA à cause de l'arrêt successive au niveau de chaque regard. Tableau 14: Comparaison entre les deux variantes

La variante 1 présente les caractéristiques d’exécution et de durabilité les plus intéressantes, on tranche alors pour cette variante.  Il faut signaler le raccordement entre la nouvelle et l’ancienne chaussée se fait par des redans ces des dernier sont exécutés successivement à l’aide d’une raboteuse. 2.5.2 Profil en travers type de la section nouvelle nœud Tit-Mellil -Mediouna

L’ICTAAL 2000 ne fait pas de distinction entre les catégories L1 et L2.Le profil en travers type proposé pour la section courante est conforme à l’ICTAAL, il comporte :  un terreplein central de 4,5 mètres.  deux chaussées de 7 mètres.  deux BAU de 2,5 mètres.  deux bermes de 0,75mètre.  On peut signaler :  que la berme de 0,75 m sera portée à 1 m si des équipements de sécurité sont à implanter.  que la BAU de 2,5 m est à porter à 3 m si le trafic PL dépasse 2000 poids lourds/jour (2 sens confondus). Le profil en travers type de 2*2 est donné en annexe (annexe 6). 2.5.3 Profil en travers type des bretelles :

Pour une bretelle, le profil type est recommandé par l’ICTAAL comme suit :

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chauss ée

Chaussée unidirectionnelle bidirectionnelle BDD BDG

3,5m 7m 1m 0,5m

Tableau 15:Caractéristique géométrique du PTT des bretelles

Lorsque l’enjeu le justifie, l’accotement peut être aménagé pour offrir une largeur roulable de 6 m. Les bretelles seront alors conçues :  Pour les bretelles bidirectionnelles à 2x1 voies : 1 m de berme, 2 m de BAU, 4 m de voie, 2x1 m de TPC, 4 m de voie, 2 m de BAU et 1 m de berme.  Pour les bretelles bidirectionnelles à 2x2 voies : 1 m de berme, 2 m de BAU, 7 m pour deux voies, 2x1m de TPC, 7 m pour deux voies, 2 m de BAU et 1 m de berme.  Pour les bretelles bidirectionnelles à 2x3 voies : 1 m de berme, 2 m de BAU, 10,5 m pour trois voies, 2*1m de TPC, 10,5m pour trois voies, 2 m de BAU et 1 m de berme.  Pour les bretelles unidirectionnelles à 1 voies : 1 m de berme, 0,5m de BDG, 4 m de voie, 2 m de BAU et 1 m de berme. Les détails du profil en travers type (PTT) d’une bretelle unidirectionnelle et le raccordement à la section courante sont donnés en annexe (annexe

7 et 8).

2.6 Cubatures Dans cette partie, on donne une estimation des volumes des terrassements de l’ensemble du projet, le tableau suivant regroupe les volumes de remblais et de déblais correspondants : Axe

Remblai

Déblai

axe 0

642973

48044

axe 1

114170

62321

axe 2

1782

320

axe 3

189350

1499

axe 4

234080

7801

axe 5

67735

1434

axe 6

73923

13256

axe 7

78543

924

axe 8

17524

35305

axe 9

82894

35307

axe Principal

30675,3

1657,59

Mediouna

447283

861005

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A0

248

2658

B0

6

2407

C0

89

34158

D0

1574

11537

E0

21481

1122

F0

2534

2625

totale cubatures 2006864,3 1123380,59 Tableau 16: Calcul des cubatures du projet

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III. ETUDE HYDROLOGIQUE

Cette partie a pour objectif l’estimation des débits centennaux aux exutoires des bassins versants. Dans un premier lieu, nous présenterons la démarche suivie pour la délimitation des bassins versants, le calcul du temps de concentration selon la formule de Kerpich et l’évaluation des coefficients de ruissellement permettant de calculer le débit centennal selon la méthode rationnelle. Dans un deuxième lieu, nous traiterons, à travers une étude spécifique les problèmes de dépressions. Une première approche de laminage en volume consistera à déterminer les niveaux des plus hautes eaux des dépressions adjacentes au tracé, tandis que l’approche de laminage en débit permettra de corriger les débits dans les dépressions évalués classiquement par la méthode rationnelle.

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4.1 Calcul hydrologique 4.1.1 Délimitation des bassins versants

Il est indispensable de rester vigilant lors de la délimitation des bassins versants, notamment lorsqu’il s’agit des petits bassins versants. La démarche suivie est la suivante :  Délimitation sur les cartes au 1/25.000ème  Recherche des limites des bassins versants (départ au niveau de l’intersection avec l’axe autoroutier) sur le 1/1.000ème ;  Réajustement des limites sur les cartes au 1/25.000ème.  Amélioration de la délimitation en utilisant le modèle numérique de terrain de Google Earth. Le tableau suivant regroupe les surfaces des bassins versants en relation avec le tronçon autoroutier objet de l’étude :

bassin versant BV1 BV2 BV2 BIS BV3 BV4 BV4BIS BV5 BV6 BV7 BV8 BV9 BV10 BV11 BV12 BV13 BV14 BV15 BV16 BV17 BV18 BV19 BV20

bassin surface m² versant 876925 BV21 1515549 BV22 475724 BV23 116926 BV24 61047 BV25 35102 BV26 89288 BV27 10127 BV28 42237 BV29 64798 BV29 BIS 98424 BV30 69380 BV31 248124 BV32 54382 BV33 104284 BV34 297901 BV35 606895 BV36 66013 BV37 286806 BV38 492099 BV39 4455 BV40 27909 BV41 Tableau 17: Surface des bassins versants

surface m² 2447 16851 16884 35480 70331 68260 4881 15714 6335127 973662 38532 34213 63950 363143 11567 107135 51921666 3222964 1155552 785028 1347303 4432238

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4.1.2 Temps de concentration

Le temps de concentration est le temps de parcours le plus long d’une goutte d’eau. Il correspond à la participation totale du bassin versant. Plusieurs formules sont utilisées pour l’estimation du temps de concentration, chacune étant élaborée dans un contexte particulier : Le choix de la formule de Kirpich est raisonnable pour les bassins étudiés. Il est recommandé par les standards d’assainissement d’ADM en cas d’absence d’information hydrologique précise, et n’induit pas forcément un surdimensionnement des ouvrages hydrauliques. Formule de Kirpich : −0,385 0,77 t c =0,019472 P L tc : Temps de concentration en min ; L : Distance en m entre l’exutoire et le point le plus éloigné du bassin ; P : Pente moyenne en m/m. Le tableau suivant présente les résultats de calculs des temps de concentration pour les différents ouvrages hydrauliques : surface total

Longueur cour d'eau :L(m)

Pente: P

2+2BIS+4+4BIS+5+6 +8+11

2499759

2325,28

1,33

4+4BIS+5+6+8+11 3 5 4BIS+6+8+11 4BIS+8+11 4BIS 9+7+10 9+10 11 10 14 13+14 12+13+14 17+18 18 16+17+18+20 20 29BIS 22 23+24 24

508486 116926 89288 358150 348024 35102 210041 167804 248124 69380 297901 402185 456567 778905 492099 872827 27909 973662 16851 52364 35480

1988,09 684,20 579,91 1592,94 1367,53 257,38 789,51 789,51 858,83 346,47 641,11 976,99 976,99 1666,35 1372,20 1897,11 318,36 1746,62 142,34 370,74 294,76

1,56 1,61 1,72 1,88 2,05 0,78 0,76 0,76 2,21 0,29 3,74 2,66 3,07 1,92 2,26 2,00 1,57 0,97 2,11 2,43 2,37

BV affluents

Temps de concentration : tc(min) 40,13 33,49 14,56 12,48 26,26 22,61 9,07 21,69 21,69 15,34 16,70 10,00 15,77 14,93 26,98 21,83 29,34 8,15 36,34 3,92 7,75 6,55

Projet de fin d’étude 2011 /2012

25 70331 574,99 2,26 25+28 86046 667,10 2,25 16+17+18+19+20 877282 2246,64 1,82 16+17+18+19+20 877282 2057,01 1,94 25+28+31+32+33 547352 1788,86 1,01 25+28 86046 667,10 0,15 31+32+33 461306 1605,06 0,12 31+33 34213 1605,06 0,12 29 6335127 7166,74 0,57 31+33 397356 1605,06 1,18 33 363143 1446,23 1,24 36+38+41 57509456 19193,10 0,42 35+36+38+41 57616590 19193,10 0,42 38 1155552 1242,49 2,41 39 785028 1486,54 1,21 40 1347303 1648,60 1,46 41 4432238 3814,10 1,18 Tableau 18: Résultats de calcul des temps de concentration

11,17 12,55 34,63 31,58 36,55 35,59 75,14 75,14 132,25 31,58 28,59 318,97 318,97 19,71 29,51 29,77 61,58

 Les bassins versants : 26, 29, 29Bis, 35, 36, 37, 38, 39, 41 contiennent des zones de dépressions (Dayas), seront sujets d’une étude approfondie dans la partie dépression. 4.1.3 Coefficient de ruissellement

Pour aboutir à une estimation vraisemblable de l’aptitude au ruissellement, l’estimation du coefficient de ruissellement est faite sur la base de la morphologie, de l’occupation du sol, du relief et de la perméabilité des sols. Pour la suite de l’étude, nous utiliserons la table issue de la dernière version des standards d’assainissement d’ADM qui s’appuie sur la table du BCEOM tout en tenant compte des zones à faibles pentes, selon des expertises hydrologiques particulières :

19: Coefficient de ruissellement par ADM Les coefficientsTableau de ruissellement pondérés suivant le recommandé type de surface et la pente pour les différents bassins versants sont présentés dans le tableau suivant :

Projet de fin d’étude 2011 /2012

surface pent N°BV m² e

BV1 BV2 BV2 BIS BV3

platforme&chau ssée

terrain dénudé

surface%

cr

surfac e%

876925 3,00 151554 9 2,19

3,60

0,95

0,00

2,08

0,95

9,79

475724 3,31

1,49

0,95

9,85

116926 1,70

3,67

0,95

86,70

BV4 BV4B IS

61047

0,86

19,28

0,95

8,07

35102

0,78

8,67

0,95

4,57

BV5

89288

1,72

3,56

0,95

96,44

BV6

10127

0,89

50,49

0,95

49,51

BV7

42237

0,72

30,98

0,95

69,02

BV8

64798

1,77

14,12

0,95

85,88

BV9

98424

1,35

9,06

0,95

90,94

BV10

69380

0,29

8,22

0,95

91,78

BV11 248124 2,21

7,57

0,95

23,11

0,73

58,96

0,95

0,00

BV13 104284 0,45

20,36

0,95

0,00

BV14 297901 3,74

2,69

0,95

0,00

BV15 606895 1,04

2,50

0,95

34,12

0,45

50,60

0,95

49,40

BV17 286806 0,66

11,69

0,95

0,00

BV18 492099 2,26

2,59

0,95

0,00

BV12

BV16

54382

66013

BV19

4455

2,98

78,15

0,95

21,85

BV20

27909

1,57

9,01

0,95

0,00

BV21

2447

3,44

12,09

0,95

0,00

cr 0,7 0 0,7 0 0,7 0 0,7 0 0,8 0 0,8 0 0,8 0 0,8 0 0,8 0 0,8 0 0,8 0 0,8 0 0,7 0 0,8 0 0,6 0 0,7 0 0,6 0 0,8 0 0,6 0 0,7 0 0,8 0 0,8 0 0,8 0

culture courante surfac e% 96,40 83,23 85,71 9,63 72,65 86,76 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 69,32 41,04 79,64 97,31 58,50 0,00 79,48 77,93 0,00 90,99 87,91

cr 0,5 1 0,5 1 0,5 1 0,5 1 0,7 5 0,7 5 0,7 5 0,7 5 0,7 5 0,7 5 0,7 5 0,7 5 0,5 1 0,7 5 0,4 7 0,5 1 0,4 7 0,7 5 0,4 7 0,5 1 0,7 5 0,7 5 0,7 5

habitation surfac e% 0,00 4,90 2,96 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4,87 0,00 8,83 19,48 0,00 0,00 0,00

cr 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5

cr pondé ré

0,53 0,56 0,55 0,69 0,79 0,77 0,81 0,88 0,85 0,82 0,81 0,81 0,59 0,87 0,57 0,52 0,55 0,88 0,57 0,61 0,92 0,77 0,77

Projet de fin d’étude 2011 /2012

BV22 BV23 BV24 BV25 BV26 BV27 BV28 BV29 BV29 BIS BV30 BV31 BV32 BV33 BV34 BV35 BV36 BV37 BV38 BV39 BV40 BV41

0,8 0,7 16851 2,11 2,77 0,95 0,00 0 58,34 5 38,89 0,8 0,7 16884 1,33 19,33 0,95 0,00 0 80,67 5 0,00 0,8 0,7 35480 2,37 6,29 0,95 74,97 0 0,00 5 18,74 0,8 0,7 70331 2,26 23,95 0,95 22,82 0 53,24 5 0,00 0,8 0,7 68260 2,90 3,22 0,95 0,00 0 96,78 5 0,00 0,8 0,7 4881 3,29 37,49 0,95 0,00 0 59,39 5 3,13 0,8 0,7 15714 3,61 83,13 0,95 0,00 0 16,87 5 0,00 633512 0,6 0,4 7 0,57 0,31 0,95 9,97 0 39,88 7 49,85 0,6 0,4 973662 0,97 0,55 0,95 49,73 29,84 19,89 0 7 0,8 0,7 38532 1,00 17,08 0,95 82,92 0 0,00 5 0,00 0,8 0,7 34213 1,81 36,14 0,95 63,86 0 0,00 5 0,00 0,8 0,7 63950 4,25 9,52 0,95 45,24 0 45,24 5 0,00 0,6 0,4 363143 1,24 3,18 0,95 0,00 0 96,82 7 0,00 0,8 0,7 11567 4,87 45,06 0,95 54,94 0 0,00 5 0,00 0,7 0,5 107135 1,53 10,81 0,95 0,00 0 89,19 1 0,00 514963 0,6 0,4 55 0,42 0,17 0,95 4,99 0 89,85 7 4,99 322296 0,6 0,4 4 1,07 0,31 0,95 4,98 0 24,92 7 69,78 115555 0,7 0,5 2 2,41 1,63 0,95 9,84 0 39,35 1 49,18 0,6 0,4 785028 1,21 1,00 0,95 19,80 0 79,20 7 0,00 134730 0,6 0,4 3 1,46 1,12 0,95 19,78 0 79,11 7 0,00 443223 0,6 0,4 8 1,18 0,48 0,95 44,78 0 44,78 7 9,95 Tableau 20:Calcul des coefficients de ruissellement des bassins versants

0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5 0,9 5

0,83 0,79 0,84 0,81 0,76 0,83 0,92 0,72 0,63 0,83 0,85 0,79 0,49 0,87 0,56 0,50 0,81 0,75 0,50 0,50 0,58

Chaque surface correspondante à un exutoire est ensuite pondérée, on regroupe les résultats dans le tableau suivant : BV affluents

2+2BIS+4+4BIS+5 +6+8+11 4+4BIS+5+6+8+11

cr pondéré 0,59 0,70

BV affluents

23+24 24

cr pondéré 0,82 0,84

Projet de fin d’étude 2011 /2012

3 5 4BIS+6+8+11 4BIS+8+11 4BIS

0,69 0,81 0,66 0,65 0,77

9+7+10 9+10 11 10 14 13+14 12+13+14 17+18

0,82 0,81 0,59 0,81 0,52 0,53 0,57

18 16+17+18+20 20 29BIS 22

0,61 0,62 0,77 0,63 0,83

0,59

25 25+28 16+17+18+1 9+20 16+17+18+1 9+20 25+28+31+3 2+33 25+28 31+32+33 31+33 29 31+33 33 36+38+41 35+36+38+4 1 38 39 40 41

0,81 0,83 0,62 0,56 0,60 0,83 0,55 0,51 0,72 0,52 0,49 0,51 0,51 0,75 0,50 0,50 0,58

Tableau 21: Calcul du coefficient de ruissellement aux exutoires des BV

Projet de fin d’étude 2011 /2012

4.1.4 Calcul de débit

4.1.4.1

Méthodologie adoptée

Compte tenu de la taille des bassins versants, l’estimation des débits de pointe sera faite par la méthode Rationnelle. Le choix de la formule Rationnelle est raisonnable pour cette gamme de bassins versants, et est cohérent avec les recommandations de l’étude d’élaboration des standards d’ADM. Principe de la méthode rationnelle : La méthode rationnelle permet une bonne approche des débits pour les petits bassins versants dont la surface est inférieure à 20 km² voir 100 km² puisque l’abattement spatial reste faible. La formule calcule le débit d’apport d’un bassin versant en tenant compte de la couverture végétale, la forme, la pente et de la nature du terrain. Elle repose sur un principe simple et robuste : Le volume ruisselé est une fraction de la pluie abattue Cette formule est recommandée par le guide d’assainissement de la SETRA pour le contexte du projet. Elle donne satisfaction et elle a été utilisée pour tous les projets autoroutiers au Maroc. La méthode Rationnelle s’énonce comme suit : QP =

1 C × i(T , t c )× A 3.6 r

Qp(T) : Débit de pointe de la crue en m3/s ; T : Période de retour (ans) ; Cr : Coefficient de ruissellement pondéré; I(T,tc): Intensité de pluie en mm/h déduite des courbes IDF ; En générale, la formule de Montana est utilisée −b(T )

i ( T ,t c )=a(T ) ×t c

a et b > 0 sont les paramètres de Montana A superficie du bassin versant en Km2 tc temps de concentration en min.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Le tableau suivant résume les paramètres de Montana dans la région du projet :

Tableau 22: Paramètres de Montana

Nous travaillerons avec les coefficients « a » et « b » correspondants à une période de retour centenaire.

4.1.4.2

Résultats

Les débits centennaux calculés au niveau de chaque exutoire de bassin versant sont représentés sur tableau ci-après :

BV affluents

Temps de surface intensité concentrat total de la pluie ion: tc m² (mm/mn) (min)

2+2BIS+4+4BIS+ 24997 5+6+8+11 59 4+4BIS+5+6+8+1 50848 1 6 11692 3 6 5 4BIS+6+8+11 4BIS+8+11 4BIS 9+7+10 9+10

89288 35815 0 34802 4 35102 21004 1 16780

40,13

0,72

33,49

0,81

14,56

1,39

12,48

1,54

26,26

0,95

22,61

1,05

9,07

1,88

21,69

1,08

21,69

1,08

cr

débit de point e (m3/s )

0,5 17,67 9 0,7 4,82 0 0,6 1,87 9 0,8 1,84 1 0,6 3,72 6 0,6 3,95 5 0,7 0,85 7 0,8 3,09 2 0,8 2,45

Projet de fin d’étude 2011 /2012

11 10 14 13+14 12+13+14 17+18 18 16+17+18+20

4 24812 4 69380 29790 1 40218 5 45656 7 77890 5 49209 9 87282 7

15,34

1,34

16,70

1,27

10,00

1,77

15,77

1,32

14,93

1,37

26,98

0,94

21,83

1,07

29,34

0,89

20

27909

8,15

2,02

29BIS

97366 2

36,34

0,77

22

16851

3,92

3,24

23+24

52364

7,75

2,09

24

35480

6,55

2,32

25

70331

11,17

1,65

25+28

86046

12,55

1,53

16+17+18+19+2 0 16+17+18+19+2 0 25+28+31+32+3 3

87728 2 87728 2 54735 2

34,63

0,80

31,58

0,85

36,55

0,77

25+28

86046

35,59

0,78

31+32+33

46130 6

75,14

0,48

31+33

34213

75,14

0,48

132,25

0,34

31,58

0,85

28,59

0,90

29 31+33 33

63351 27 39735 6 36314

1 0,5 3,27 9 0,8 1,20 1 0,5 4,59 2 0,5 4,73 3 0,5 5,97 7 0,5 7,20 9 0,6 5,34 1 0,6 7,99 2 0,7 0,72 7 0,6 7,93 3 0,8 0,76 3 0,8 1,50 2 0,8 1,15 4 0,8 1,56 1 0,8 1,82 3 0,6 7,24 2 0,5 6,89 6 0,6 4,20 0 0,8 0,93 3 0,5 2,06 5 0,5 0,24 1 0,7 25,72 2 0,5 2,89 2 0,4 2,65

Projet de fin d’étude 2011 /2012

36+38+41 35+36+38+41 38 39 40 41

3 57509 456 57616 590 11555 52 78502 8 13473 03 44322 38

318,97

0,19

318,97

0,19

19,71

1,14

29,51

0,88

29,77

0,88

61,58

0,55

9 0,5 1 0,5 1 0,7 5 0,5 0 0,5 0 0,5 8

85,13 85,49 16,58 5,78 9,88 23,50

Tableau 23: Calcul de débits centennaux générés par les BV

Les bassins 36 à 41 contiennent des dépressions, ils seront sujets d’étude spécifique dans la partie suivantes, les débits à l’exutoire seront éventuellement corrigés.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

4.2 Dépressions Introduction L’examen minutieux du fond topographique au 1/1000, des photos aériennes actualisées de Google Earth ainsi que du modèle numérique issu de Google-Earth de toute la zone d’étude, révèle l’existence de nombreuses dépressions et carrières d’exploitation de marbre qui ne figurent pas dans les cartes images et qui se remplissent d’eau en années pluvieuses. Certaines de ces dépressions, situées en mitoyenneté du tracé, ont des profondeurs importantes, ce qui constitue des lieux de stagnations des eaux pluviales et présente un plan d’eau durant toute l’année. En conséquent, elles peuvent affecter la bonne stabilité des remblais et nuire à la pérennité de l’infrastructure autoroutière. Aussi, ces dépressions ont pour rôle d’absorber une quantité des eaux pluviales selon leurs capacités volumiques ainsi que de retarder les phénomènes de crues à des instants ultérieurs, ce qui génère des débits différents de ceux calculés par la méthode rationnelle. On parle ici de l’effet de laminage. Il s’avère alors nécessaires de consacrer une étude spécifique pour l’analyse des dépressions s’appuyant sur les axes suivants : - Dans un premier temps, on s’intéresse à déterminer les différentes caractéristiques des dépressions adjacentes aux projets. - Ensuite, on procédera à un calcul des capacités des dépressions et des apports correspondant aux données pluviométriques disponibles, et ce dans le but de déduire les niveaux de PHE des dépressions, qui serviront par la suite pour détermination de la côte de calage minimale du projet (ligne rouge). - Enfin, on étudiera minutieusement l’effet de laminage en débit pour pouvoir calculer les débits de crues, permettant de dimensionner les ouvrages hydrauliques du projet.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Projet de fin d’étude 2011 /2012

4.2.1

Repérage et analyse des dépressions

L’analyse des photos aériennes de Google-earth montre l’existence de 5 grandes dépressions et 1 carrière adjacentes à l’autoroute et qui interceptent les eaux des BV : Dépression A

Dépression B

axe autoroutier

Dépression D

Dépression C

Carrière 1

Dépression E

axe autoroutier

BV

Figure 20: Repérage des dépressions et carrière

Projet de fin d’étude 2011 /2012

L’analyse du fond topographique au1/1000 et du modèle numérique issu de Google-Earth permet de relever les caractéristiques géométriques suivantes : Désignation DépressionA DépressionB DépressionC DépressionD DépressionE Carrière-1

BV

Point Bas

Côte maximale

Capacité de stockage

15-29

105,54

117

4.560.000

26-23

114,37

117

48.715

36

115,08

117,5

900.690

37

114,18

118,05

2.020.687

39 41

134,12 157,11

138,20 160,65

300.000 562.000

Tableau 24: Caractéristiques géométriques des dépressions

Ainsi, on peut classer ces dépressions en deux catégories : - Dépression fermée, se caractérisant par une côte de débordement très haute : Pour ce type, on s’intéresse à déterminer le niveau des plus hautes eaux à travers un calcul des apports sur une longue durée. - Dépression avec une côte de débordement atteignable : Pour ce type, on procède au calcul de laminage du débit, et ce dans le but de déterminer les nouveaux débits de crue qui servent à dimensionner les ouvrages hydrauliques. 4.2.2

Calcul de laminage en volume

Cette approche concerne les dépressions fermées, elle consiste à évaluer pour chaque bassin versant la quantité d’eau générée et celle retenue par l’ensemble de dépressions du BV.

4.2.2.1

i.

Détermination des capacités de stockage

Principe de calcul

Pour calculer les capacités de stockage des dépressions, il faut déterminer pour les différentes valeurs des hauteurs le volume d’eau correspondant. Vu l’ordre de grandeur des profondeurs maximales, et pour des raisons de bonne précision, on propose d’adopter un pas des hauteurs de 0,5m à partir du point bas de la dépression, qui correspond à une capacité nulle, jusqu’à la côte maximale de débordement.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Le calcul se base sur le fond topographique et se fait de la façon suivante : On détermine pour chaque hauteur Hi la surface en miroir correspondante Si, le volume cumulé correspondant se calcule itérativement par la relation :

Vi= Vi-1 +

( H i−H i−1 )×(S i +S i−1) 2

Avec

V0= 0 m3

-Le tableau suivant illustre les calculs pour le cas de la dépression B : Côte Z 114,37 114,5 115 115,5 116 116,5 117

Surface en miroir (m2) 0 2046 9540 16619 22571 29208 36553

V cumulé (m3) 0 133 2971 9627 19385 32324 48715

Tableau 25: Capacité de stockage en fonction de la profondeur

ii.

Courbe H-S-V Après, on représente la courbe H-S-V (cas de la dépression B) :

60000

60000

50000

50000

40000

40000

30000

30000

20000

20000

10000

10000

0 114

114.5

115

115.5

116

116.5

117

0 117.5

S (m2 ) V (m3)

Hauteur

Figure 21: Courbe H-S-V de la dépression B

La capacité de stockage n’est autre que le volume d’eau correspondant à la côte de débordement.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

4.2.2.2

i.

Calcul des apports

Durée de calcul :

En toute rigueur, et pour quantifier avec une grande précision les apports, il faut considérer une série de pluie journalière s’étalant sur une longue durée de calcul (50 ans, voire 100 ans). Or, en l’absence de telles données pluviométriques, on utilise la pluie moyenne annuelle, avec un coefficient de ruissellement tenant compte de l’effet de l’évaporation sur toute l’année, en plus de l’effet de l’infiltration. L’expérience du BET NOVEC dans des projets similaires (Autoroute El-Jadida/Safi) nous mène à considérer les valeurs suivantes : -Une pluie moyenne annuelle de lame d’eau H =370 mm. -Un coefficient de ruissellement de Cr=0,33 «Effet de l’infiltration+l’évaporation».

ii.

Repérage des dépressions secondaires et délimitation des BV locaux

Pour les bassins versants ne contenant qu’une seule dépression la délimitation est déjà faite dans la première partie, à l’exception du BV 36 qui contient un grand nombre de dépressions dispatchées sur toute sa superficie (57 millions m2). Pour pouvoir repérer toutes les dépressions du BV 36 on a suivi le processus suivant : - Génération du modèle numérique de la topographie de toute la zone d’étude à l’aide des logiciels Google-Earth et Autocad Civil 3D. -Traitement du modèle par le logiciel COVADIS dédié particulièrement à la topographie. En effet, il permet les opérations suivantes : - Repérage des endroits de dépressions (63 dépressions). - Délimitations du bassin versant de chaque dépression. - Calcul de la surface de chaque BV. - Calcul des capacités de stockage maximales de chaque dépression (Méthode H-S-V).

iii.

Principe de calcul

Pour chaque dépression, on calcule le volume d’apport total qui égale à la somme du volume généré par du bassin versant local de la dépression et le volume éventuellement débordant, provenant des dépressions antérieures, comme illustré sur le schéma suivant :

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Figure 22 : Principe de calcul du laminage en volume

On a alors :

V iApport = V BV i

avec V Apport i = -

Débordant

Vi

+Σ

BV

Vi = : Le volume d’apport local se calcule classiquement par le produit 51

Avec S la surface du BV, Cr le coefficient de ruissellement et H la lame d’eau précipitée. 50

iv.

Exemple de calcul des apports

L’exemple suivant concerne la dépression C, située à l’exutoire du BV36.On applique le principe de calcul pour l’ensemble de ses dépressions selon le schéma d’écoulement suivant :

13

14

20 15

24

25

16

17

28

29

21

19

12 10

18

11

9 8

6

2

1

7 5 3

27

4

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Figure 23: Répartition des dépressions du BV 36

Le tableau suivant résume les résultats de calcul des apports selon le schéma illustré ci-avant pour le BV 36 : Capaci surfac N° té e Dé ( m3 ) apport p ( m2 ) 23337 1 65267 81 13129 10249 2 6 61 22277 3 9428 6 33503 4 6522 5 25989 5 11651 6 65905 22844 6 2 82 11718 7 4000 7 54926 8 16454 6 9 10916 20438

V apport du BV local ( m3 )

Vapp+ V Excéda Capaci surfac antérie nt ( m3 N° té e ur ( m3 ) Dé ( m3 ) apport ) p ( m2 ) 21478 280054 280054 7 33 3000 46264 20648 19073 122995 337782 6 34 2031 0 26733

26733

17305

35

3400

40204

57509

50987

36

7824

31188

31188

19537

37

4576

0

38

10062

39

6400 19373 4

65912 65912 49458 245256 304777 19561

40 41

1900 4046

274138 551148 14062

14062

V apport du BV local ( m3 )

Vapp+ V Excéda antérie nt ( m3 ur ( m3 ) )

5552

5552

2552

22888

22888

20857

95619 11474 11474 27009 124670 1 32411 9 94598 3 113518 146849 56381 130654 1 67657 2 60657 7 72789 83293

8074 12388 85 14227 3 13001 42

91451 45632

9074 10504

10974 5476

10974 14550

0

Projet de fin d’étude 2011 /2012

4 10

63500

11

10380

12

21827

13

20531

14 15

71451 18120 9

16

3400

17

7500

18

3500

19

9000

20

25747

21

66024

22

25

25831 59243 2 56206 7 34396 8

26

10300

27

79101

28

41622

29

7818

30

2900

31

29121

32

17423

23 24

03 3 11733 30502 96 140808 368528 8 35406 1 42487 42487 32107 17561 9 21074 21074 0 18596 6 22316 22316 1785 96326 15020 36 80125 5 87097 5 41748 2 81789 4 80745 0 78161 2 42632 1 28786 9 42570 38 31460 2 18978 6 26497 23 29081 4 35947 5 49186 51245 8

11559

0 30406 180244 485272 3 39681 96151 400213 3 49383 104517 501330 0 50098 98147 96894 93793

13344

50098

46598 62957 638576 6 70072 726470 3 72849 794516 2

42

15483 1

43

66155

44

42431

45

84000

46 47

2773 16091 7

48

20375

49

80000

50

2900 11486 1 22983 7 71644 0

51 52 53

51159

51159

25328

54

34544

34544

0

55

0

56

2600 10847 2 32669 5

0

57

56000

58

5000

59

3000

34898 0 103582 10280 2 04

60

97429

61

29447

5902 3002 108949 10603 9 78

62

81210 90069 1

510845 510845 37752

37752

22774

22774 12474 107178 99268 317967 6 5 34898 43137 5902 61495

C

13731 79 74443 8 12436 44 89256 3 33135 2 15253 01 36383 6 13955 34 58158 2 11813 57 27703 11 35858 70 70144 2 85506 6 27536 76 12331 82 17884 0 25266 19 47207 9 21920 2 59423 9 23919 21

164781 172856 140750 89333 0 149237 149237 107108 250903 39762

39762 169128 183036 4 43660

43660

167464 167464 69790

69790

141763 296117 332437 332437 206701 430304 8 84173

84173

102608 307149 330441 330441 149856 147982 0 21461

301711

303194 303194 56649

356844

26304

285719 177014 71309 1 227267 287031 2

19596 108944 10720 20206 34365 412380 180434 7 23516 8 25 D 87 05 ,6 2 Tableau 26: Résultat de calcul du laminage en volume pour le BV 36

Les calculs montre que la dépression C atteint sa cote maximal de 117,5 m et déborde, il est alors nécessaire de vérifier le sens de

18025 13413 45 10680 6 16690 3 36989 15303 67 23285 87464 66890 18125 6 10260 0 13505 78 81573 19867 7 3746 14425 60 29671 1 30019 4 25941 5 25627 2 16889 31 13719 81 23632 5 Réserve

Projet de fin d’étude 2011 /2012

débordement, ce qui nous mène à considérer la dépression D et vérifier sa capacité de stockage. On remarque que la dépression D demeure capable et présente une réserve de stockage importante, ce qui constitue une marge de sécurité au non débordement. Le tableau suivant résume le calcul des apports des autres dépressions: Dépression Volume des apports (m3)

A

B

C

D

1.135.800

14.300

2.272.600

1.804.300

Tableau 27: Résultat de calcul des apports des dépressions

4.2.2.3

i.

Détermination du niveau du PHE

Lecture du niveau du PHE

Pour la dépression C, le volume d’apport dépasse la capacité de stockage, elle déborde, donc son niveau de PHE atteint sa cote maximale de 117,5 m. Pour les autres dépressions A, B et D, la loi de la variation de V en fonction de H étant représentée sur la courbe H-S-V, la détermination des PHE revient donc à lire sur la courbe la hauteur H correspondante au volume des apports. 60000 50000 40000 30000

V (m3)

20000

14.3 10000 00 0 114

114.5

115

115.5

115, 116 116.5 76

117

117.5

Figure 24: Calcul du PHE de la dépression B

ii.

Disposition constitutive vis-à-vis des côtes PHE

Le calcul des PHE sert pour calage de la ligne rouge, ainsi la côte de projet doit être calée en dessus du PHE, en respectant les recommandations suivantes : -Pour les dépressions fermées : La revanche est de 30 cm, au dessous de l’arase inférieure de la couche de PHEforme + 0,3 ≤: Ras-Inf CDF

Projet de fin d’étude 2011 /2012

-Pour les dépressions ouvertes : le PHE doit être inférieur à l’arase inférieure de la couche de forme :PHE ≤ Ras-Inf CDF Le tableau suivant représente les valeurs des PHE ainsi que les côtes de projet considérées : Dépression Niveau PHE

A B C D

Axes autoroutiers affectés

Côte de projet minimale adoptée à l’endroit de dépression

2-4-5-7-8-9-axe 111,28 m principal 112,59 115,76 m 3 124 Tableau 28: Valeurs des côtes de projet à l'endroit des dépressions 117,5 m 0-1 121,11 117,4 m 0 123,8

- Pour les remblais affectés par les eaux des dépressions, On recommande CDF+Chaussée d’utiliser des matériaux insensibles à l’eau, D3 selon la classification GTR.

- Pour des dépressions dont la profondeur est supérieure à 5 m (cas de la dépression A), et pour empêcher le départ des fines des matériaux de Enrochements remblais causé par le phénomène de batillage (création des vagues Dépression entrainées par le vent ), on propose d’aménager des protections en Géotextile enrochements posés sur des géotextiles. Le schéma suivant illustre le principe :

> 5m

Tableau 29: Principe de protection des remblais à l'endroit des dépressions

4.2.3 4.2.3.1

Calcul de laminage en débit

Critique de la méthode rationnelle

Déversoir Projet de fin d’étude 2011 /2012

Le modèle de calcul de débit de projet centennale Qp, généré par un bassin versant, varie linéairement en fonction du temps de concentration selon la loi suivante :

Qp

0 Figure 25: Hydrogramme type de la méthode rationnelle

Q

apport

Or, la dépression a pour effet d’accumuler les eaux pluviales jusqu’à sa côte de débordement, puis d’évacuer l’excédant, la loi de l’hydrogramme triangulaire de la méthode rationnelle ne peut s’appliquer. La meilleure loi qui décrit le comportement d’une dépression est Réservoir celle d’un déversoir à surface libre, comme illustré dans le schéma suivant :

Figure 26 : Principe du réservoir

Le débit de sortie est calculé alors par la relation suivante : Q=µ × L× H × √ 2 g × H

Avec :

Projet de fin d’étude 2011 /2012

-µ : Coefficient expérimental dont la valeur est fonction du type de seuil 0,38 pour un seuil à crête épaisse. - L : Longueur de la lame-déversoir (déterminée selon la topographie par une coupe transversale à l’endroit de l’orifice de la dépression). - H : Hauteur de charge en dessus du seuil. On obtient alors un débit de sortie différent en valeur de celui d’entrée dont son maximum est atteint à un instant autre que tc.

4.2.3.2

Principe de laminage

Pour déterminer les variations du débit déversé dans le temps, on se base sur approximation en différences finies de l’équation de continuité suivante : I t −Qt =

Avec :

ΔV t Δt

-It et Qt les débits moyens respectivement entrant et sortant pour une période Δt. -et ΔVt la variation du stock d’eau durant le même laps de temps. Or, étant donné que la longueur de la lame-déversoir reste pratiquement constante (petites variations de H), le débit d’évacuation Q déversé ne dépend alors que de la hauteur H. Pour calculer cette hauteur, on adopte l’approximation suivante : -Pour des petites variations de H, la surface en miroir de la dépression reste constante. On peut alors écrire pour une dépression i à tout instant t: (V cumulé −C ) H t = t miroir i Avec : Si Ht : Hauteur de la lame-déversoir à l’instant t. Cumulé Vt : Volume d’eau cumulé dans la dépression jusqu’à l’instant t. Ci : Capacité de stockage de la dépression i. miroir Si : Surface en miroir de la dépression i. Remarque : - Pour le choix de Δt, et vu les valeurs du temps de concentration qui varient de 20 à 150 min, on discrétise l’axe de temps en petits intervalles égaux à une minute. Ainsi, on détermine la loi de variation temporelle du débit déversé de chaque dépression, que l’on itère pour l’ensemble des dépressions liées jusqu’à la dépression dont la côte de débordement est situé à l’amont d’un OH.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

-Pour pouvoir sommer les valeurs du débit généré localement par un bassin versant et celle débordant de la dépression précédente, il faut se placé dans un même axe de temps, on suppose alors que le phénomène de pluie se produit au même instant, sur toute l’étendue de la zone et avec la même intensité. Cette supposition est toute à fait logique, puisqu’on se place dans un repère d’espace limité.

Qi BVi Qmax1

Qi apport total tc

Qmax3

2tc

=

+ Qi-1 débordant

t max3

Qmax2

4.2.3.3

t max2

Exemples et Résultats de calcul Figure 27: Sommation des hydrogrammes

Comme indiqué auparavant, les dépressions sujettes de calcul de laminage par débit, sont celles ayant une côte atteignable ou situées à l’amont d’un OH. Les dépressions du bassin versant BV36 s’inscrivent dans ces conditions, pour chacune de ces 62 dépressions, on itère le principe de calcul à l’aide des feuilles de calcul EXCEL. Remarque : -A partir de 600 minutes, les débits déversés commencent à s’atténuer, néanmoins pour avoir une vision claire sur les variations temporelles des débits, on pousse les calculs à des instants significatifs fixés à 1000 minutes. -Pour être du côté le plus sécuritaire, on étudie le cas le plus défavorable, on suppose lors des calculs que les dépressions ont atteint lors côtes maximales de remplissage, en d’autres termes, cette pluie centennale coïncide avec la précipitation de toute l’année pluvieuse modélisée ci-avant par une lame d’eau de 370 mm.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

i.

Exemple de calcul : BV 36 Vu le grand nombre de calculs effectués, (un tableau de 1000 lignes pour chacune des 62 dépressions) on se limite à expliquer les opérations programmées sur Excel, et on donne le tableau de calcul pour l’avant dernière dépression 62 (on traite de même les dépressions de 1 à 61) qui nous a permis d’évaluer le débit au niveau de l’exutoire du BV. Le tableau de calcul contient les paramètres suivants : - les Caractéristiques géométriques de la dépression 62 : Surface BV, Longueur du talweg principal, pente, coefficient du ruissèlement, largeur du déversoir (évaluer à l’aide du profil en travers du terrain naturel à l’endroit de l’orifice de la dépression). -La 1ère colonne t : Axe de temps discrétisé en intervalles égaux d’une minute. -La 2ème colonne Q1 : Débit généré par le bassin local de la dépression évalué par la méthode rationnelle et correspondant l’instant t. -La 3ème colonne Q2 : Débit provenant des dépressions antérieures correspondant à l’instant t. ème -La 4 colonne Vapport : Volume d’apport total cumulé. -La 5ème colonne H : Hauteur d’eau en dessus de la côte de débordement. -La 6ème colonne Qsortie : Débit de débordement évalué à l’aide de la formule de déversoir. ème -La 7 colonne Vsortie : Volume sortant à l’instant T calculé pour chaque durée de 60 secondes. Pour chaque minute, on calcule le volume des apports cumulés, et on en retranche le volume débordant, ce volume restant nous permet de calculer la hauteur d’eau H en le divisant par la surface en miroir considérée constante (approximation défavorable). En injectant cette hauteur dans la formule de déversoir, on peut calculer le débit de sortie ainsi que le volume débordant. On itère cette opération jusqu’au quasi-laminage de la dépression (t=1000 min). Le tableau suivant regroupe les caractéristiques géométriques de la dépression 62 ainsi que le calcul des apports locaux du bassin versant de la dépression 62.

S talwe Dénivel Pente BV(m2) g ée % 594239, 713,0 21,14 2,96

L Tc Itc(mm/ évacuateu Smiroir(m2) (min) h) Cr Q r 11,87 95,12 0,7 10,9 40,5 108391,0

Projet de fin d’étude 2011 /2012

00

0

0 9 Tableau 30 : Caractéristiques géométriques de la dépression 62

0

Tableau de calcul pour la dépression 62: Les détails de calculs de l’ensemble des dépressions du bassin versant 36 sont joints en format numérique (tableaux Excel). t(mi n)

Q1

Apport Vappo Q2 rt

1

1,00 0,00

2

2,00 0,02

3

3,00 0,07

4

4,00 0,15

5

5,00 0,27

6

6,00 0,45

7

6,99 0,62

8

7,99 0,77

9

8,99 0,88

10 11

9,99 0,96 10,9 9 1,01

12

9,99 1,02

14

7,99 1,07

16

6,00 1,15

18

4,00 1,26

20

2,00 1,41

25

0,00 1,97

30

0,00 2,79

35

0,00 3,65

40

0,00 4,46

50

0,00 5,93

H

0,0 0 0,0 182 0 0,0 365 0 0,0 613 1 0,0 927 1 0,0 1310 1 0,0 1760 2 0,0 2276 2 0,0 2854 3 0,0 3490 3 0,0 4182 4 0,0 4806 4 0,0 5853 5 0,0 6638 6 0,0 7172 7 0,0 7466 7 0,0 7595 7 0,0 7869 7 0,0 8368 8 0,0 9062 8 0,1 10895 0 60

évacué Qsort Vsort ie ie

t(mi n)

0,00

0,1

90

0,01

0,3

100

0,02

1,0

110

0,03

2,1

120

0,06

3,9

130

0,11

6,5

140

0,17

10,1

150

0,25

14,9

160

0,35

20,8

170

0,47

28,2

180

0,62

37,0

190

0,76

45,6

200

1,02

61,2

220

1,23

74,0

240

1,38

83,1

260

1,47

88,2

280

1,51

90,5

300

1,59

95,5

400

1,75

104,7 500

1,97

118,0 600

2,59

155,5 700

Q1 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0

Apport Vappo Q2 rt 12,8 2 22203 13,8 1 25282 14,2 2 27832 14,2 0 29714 13,8 8 30922 13,4 2 31547 13,0 2 31755 12,7 2 31721 12,5 2 31576 12,4 0 31399 12,3 4 31233 12,3 1 31098 12,3 0 30927 12,3 0 30843 12,2 4 30775 12,1 2 30663 11,9 4 30472 10,2 5 28156

H

0,2 0 0,2 3 0,2 6 0,2 7 0,2 9 0,2 9 0,2 9 0,2 9 0,2 9 0,2 9 0,2 9 0,2 9 0,2 9 0,2 8 0,2 8 0,2 8 0,2 8 0,2 6 0,2 8,17 24559 3 0,1 6,32 20893 9 0,1 4,87 17655 6

évacué Qsort Vsorti ie e 7,54

452,5

9,16

549,8

10,58 635,1 11,68 700,6 12,40 743,7 12,77 766,4 12,90 774,0 12,88 772,7 12,79 767,4 12,68 761,0 12,58 755,0 12,50 750,1 12,40 743,9 12,35 740,9 12,31 738,4 12,24 734,4 12,13 727,5 10,77 646,2 8,77

526,4

6,88

413,1

5,35

320,8

Projet de fin d’étude 2011 /2012

69 70 80

0,1 0,0 0,1 0,00 8,99 15485 4 4,39 263,6 800 0 3,77 14947 4 0,1 0,0 0,1 0,00 9,20 15773 5 4,52 271,0 900 0 2,95 12728 2 11,2 0,1 100 0,0 0,1 0,00 2 18897 7 5,92 355,3 0 0 2,33 10919 0 Tableau 31: Calcul de laminage en débit de la dépression 62

4,17

249,9

3,27

196,4

2,60

156,1

Le débit débordant de la dépression 62 atteint une valeur maximale de 12,90 m3/s à l’instant t = 150 min.

Pour mettre en évidence le rôle de la dépression qui consiste à retarder la crue avec un débit différent de celui de l’entrée, on représente les variations temporelles du débit débordant ainsi que ceux d’entrée, comme illustré sur le graphe suivant : 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00

Q1

Q2

Qsortie

6.00 4.00 2.00 0.00 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Figure 28: Variation temporelle du débit d'entrée et de sortie-dépression 62

ii.

Cas particulier : Dépression C

La dépression C, située à l’exutoire du bassin versant 36, présente un cas de calcul particulier. L’axe routier, traversant la dépression C, découpe cette dernière en deux parties C1 et C2 qui reçoivent des quantités d’eau différentes. Le calcul du PHE dans la partie 3.2.2.3, montre que le niveau d’eau de la dépression C atteint une hauteur de 2,42 mètres des deux cotés de la route, ce qui signifie que l’ouvrage hydraulique (de hauteur 2 mètres) sera totalement noyé des deux cotés, et l’écoulement se fera ainsi en charge, la modélisation par un déversoir à surface libre ne sera plus compatible. Le schéma suivant illustre le cas de la dépression C.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Où les débits Qi représentent :

Figure 29: Dépression C

-Q1 : Débit généré par le bassin versant local de la dépression C1, évalué par la méthode rationnelle. -Q2 : Débit éventuellement débordant de la dépression précédente (dépression 62), évalué par le calcul de laminage en débit. -Q3 : Débit transitant par l’ouvrage hydraulique (que l’on cherche à calculer). -Q4 : Débit généré par le bassin versant local de la dépression C2, évalué par la méthode rationnelle. -Q5 : Débit éventuellement débordant de la dépression précédente (dépression 62), évalué par le calcul de laminage en débit. Le modèle qui traduit le comportement de la dépression C est celui d’un déshuileur, illustré ci-après, dont les chambres 1 et 2 représentent les dépressions C1 et C2, la hauteur H0 représente le niveau du débordement et H1 et H2 les surélévations du niveau d’eau dans les deux côtés de la dépression.

H0

Figure 30: Schéma de principe du déshuileur

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Dans ce cas, le débit recherché Q3 est évalué à l’aide de la formule suivante : H ¿ (¿ 1−H 2 ¿) Avec : 2 g ׿ Q=m ×l ×epris × √égal ¿ à 0,6. m : Coefficient de débit expérimental, l et e : dimension de l’ouverture de l’orifice (L × H pour l’ouvrage hydraulique). Ainsi, pour évaluer le débit on se donne une ouverture initiale L × H de l’ouvrage hydraulique et on calcul à tout instant les surélévations du niveau H1 et H2 qui doivent rester au dessous des prescriptions du paragraphe 3.2.2.3 dans le but de protéger l’infrastructure. Le tableau de calcul contient les paramètres suivants : -les Caractéristiques géométriques des dépressions C1 et C2 : Surface BV, Longueur du talweg principal, pente, coefficient du ruissèlement, largeur de déversoir (ouverture de l’OH pour le cas de la dépression C1). -Les paramètres Hi et Qi explicités ci-avant. -V2 : Le volume d’apport total de la dépression C1 pour chaque durée de 60 secondes. V5=(Q1+Q2)×60. -V2cumulé : Le volume d’apport cumulé dans la dépression C1 duquel on retranche le volume V3 transitant à travers l’ouvrage hydraulique à chaque instant. -V3 : le volume transitant à travers l’ouvrage hydraulique vers la dépression C2 pour chaque durée de 60 secondes. V3=Q3×60. V4 : Le volume d’apport total de la dépression C2 pour chaque durée de 60 secondes. V4=(Q3+Q4)×60. -V4cumulé : Le volume d’apport cumulé dans la dépression C2 duquel on retranche le volume V5 débordant de la dépression C2 à chaque instant. -V5 : Volume d’eau débordant de la dépression C2. À tout instant, on calcule les débits d’entré Q1 et Q2, on détermine le volume d’apport V2 pour chaque durée de 60 secondes, puis on calcule le volume V2cumulé dans la dépression C1 duquel on retranche le volume V3 transitant par l’ouverture. On calcul le volume d’apport total V4 de la dépression C2 pour chaque durée de 60 seconde, puis on calcul le volume V4cumulé dans la dépression C2 duquel on retranche le volume V5 débordant de la dépression C2. En divisant les volumes V2cumulé et V4cumulé respectivement sur les surfaces en miroir des dépressions S1 et S2 on trouve les hauteurs amont et aval H1 et H2.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Si les niveaux H1 et H2 dépassent les revanches recommandées, on augmente l’ouverture de l’OH et on itère les calculs jusqu’à ce que l’on obtient des résultats compatibles. Remarque : L’ouverture 2m × 2m donne des résultats satisfaisants, néanmoins pour des raisons de sécurité, on utilise 2 ouvertures de 2 m× 2m. Le tableau 28 donne les caractéristiques géométriques des dépressions C1 et C2 ainsi que le calcul du débit des bassins versants locaux. Dépressi on

C1 C2

S talwe Dénivel Pente Tc(mi Itc(mm/ BV(m2) g ée % h) Cr Q Orifice n) 23919 20,9 30,6 2 Dalot 21 909 10 1,10 7 65,99 0,7 9 2*2 33691 8 526 15,5 2,95 9,42 110,42 0,7 7,23 L= 14 Tableau 32: Caractéristiques des dépressions C1 et C2

Smiroir(m 2) 145000 34000

Le tableau 29, montre les itérations de calculs des niveaux H1 et H2. t(mi n)

1 3 5 7 9 10 12 14 16 18 20 25 30

Q1

Q2

V2

1,53 0,00 92,30 279,8 4,60 0,06 0 475,6 7,67 0,25 2 10,7 686,3 4 0,70 5 13,8 918,8 1 1,50 7 15,3 1044, 5 2,07 70 18,4 1298, 2 3,22 41 21,4 1546, 8 4,29 21 24,5 1783, 5 5,17 31 27,6 2007, 2 5,83 41 30,6 2219, 9 6,30 34 23,0 1836, 2 7,59 61 15,3 1472, 5 9,20 94

V2 cumulé 92,30 529,05 1380,96 2646,00 4364,36 5409,06 7879,35 10848,9 8 14298,5 8 18101,8 1 22064,1 3 30598,5 8 37029,7 1

H1 0,0 0 0,0 0 0,0 1 0,0 2 0,0 3 0,0 4 0,0 5 0,0 7 0,1 0 0,1 2 0,1 5 0,2 1 0,2 6

Q3

V3

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 163, 2,73 72 241, 4,03 70 320, 5,34 30 342, 5,71 74

Q4 0,8 0 2,4 1 4,0 2 5,6 3 7,2 3 6,4 3 4,8 2 3,2 1 1,6 1 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0

V4 48,2 3 144, 67 241, 12 337, 57 434, 02 385, 80 289, 35 192, 90 96,4 5 163, 72 241, 70 320, 30 342, 74

V4 cumulé 48,23 317,19 747,35 1362,1 9 2154,3 5 2517,6 0 3082,1 4 3435,1 2 3583,4 5 3797,8 2 4138,7 2 5271,0 8 6460,3 7

H2 0,0 0 0,0 1 0,0 2 0,0 4 0,0 6 0,0 7 0,0 9 0,1 0 0,1 1 0,1 1 0,1 2 0,1 6 0,1 9

Q5

V5

0,00 0,08 0,02 1,27 0,08 4,61 11,3 0,19 4 22,5 0,38 5 28,4 0,47 9 38,5 0,64 9 45,4 0,76 1 48,3 0,81 8 52,7 0,88 8 60,0 1,00 5 86,3 1,44 1 117, 1,95 11

Projet de fin d’étude 2011 /2012

35 40 45 50 100 150 156 200 300 400 404 413 424 500 600 700 800 900 100 0

10,0 1063, 41480,2 0,2 338, 0,0 338, 7524,6 7,67 6 94 7 9 5,65 86 0 86 3 10,0 603,6 43780,6 0,3 313, 0,0 313, 8361,3 0,00 6 4 9 0 5,22 22 0 22 3 582,4 45227,0 0,3 290, 0,0 290, 8949,8 0,00 9,71 5 4 1 4,83 03 0 03 4 553,4 46628,8 0,3 279, 0,0 279, 9380,2 0,00 9,22 4 5 2 4,66 34 0 34 7 11,1 668,0 59380,7 0,4 331, 0,0 331, 11679, 0,00 3 7 8 1 5,52 28 0 28 15 14,2 856,6 79940,9 0,5 450, 0,0 450, 14559, 0,00 8 7 6 5 7,51 60 0 60 27 14,2 857,6 81954,7 0,5 460, 0,0 460, 14838, 0,00 9 6 3 7 7,68 65 0 65 65 13,8 830,8 97271,9 0,6 533, 0,0 533, 16908, 0,00 5 2 6 7 8,89 16 0 16 35 12,8 773,3 118609, 0,8 10,5 630, 0,0 630, 19516, 0,00 9 8 67 2 1 73 0 73 73 11,3 679,7 126482, 0,8 11,0 663, 0,0 663, 20468, 0,00 3 8 09 7 5 29 0 29 73 11,2 675,0 126536, 0,8 11,0 663, 0,0 663, 20479, 0,00 5 4 13 7 6 34 0 34 49 11,0 664,2 126588, 0,8 11,0 663, 0,0 663, 20496, 0,00 7 2 05 7 5 12 0 12 54 10,8 650,7 126523, 0,8 11,0 662, 0,0 662, 20504, 0,00 5 2 12 7 4 25 0 25 19 554,1 122614, 0,8 10,6 639, 0,0 639, 20193, 0,00 9,24 8 92 5 6 69 0 69 48 435,6 110794, 0,7 576, 0,0 576, 19012, 0,00 7,26 7 65 6 9,61 83 0 83 35 338,9 95587,9 0,6 494, 0,0 494, 17285, 0,00 5,65 5 3 6 8,24 50 0 50 71 264,3 80356,8 0,5 408, 0,0 408, 15328, 0,00 4,41 6 6 5 6,82 95 0 95 19 207,9 66876,5 0,4 330, 0,0 330, 13376, 0,00 3,47 3 4 6 5,51 74 0 74 89 165,3 55717,3 0,3 264, 0,0 264, 11582, 0,00 2,76 3 4 8 4,41 85 0 85 30 Tableau 33: Calcul des niveaux H1 et H2

0,2 2 0,2 5 0,2 6 0,2 8 0,3 4 0,4 3 0,4 4 0,5 0 0,5 7 0,6 0 0,6 0 0,6 0 0,6 0 0,5 9 0,5 6 0,5 1 0,4 5 0,3 9 0,3 4

2,45 2,87 3,18 3,41 4,74 6,60 6,79 8,26 10,2 5 11,0 1 11,0 2 11,0 3 11,0 4 10,7 9 9,85 8,54 7,13 5,82 4,69

147, 20 172, 43 190, 95 204, 89 284, 65 396, 19 407, 65 495, 85 614, 90 660, 44 660, 96 661, 78 662, 15 647, 16 591, 22 512, 54 427, 99 348, 92 281, 12

On remarque qu’avec deux ouvertures de 2 m× 2m les surélévations maximales des niveaux d’eau sont respectivement H1=0,87 et H2=0,60 ce qui donne des hauteurs de PHE finales à l’amont de l’OH de Hamont=2,42+0,87= 3,29m et Haval=2,42+0,6= 3,08 m qui respectent les recommandations de revanche en dessous de la couche de forme. On obtient un débit maximal de 11,06 m3/s à l’instant t=404 minute. Le graphe suivant illustre les variations temporelles des différents débits calculés.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

35 30 25

Q1

20

Q2 Q3

15

Q4

10

Q5

5 0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Figure 31: Variations temporelles des différents débits de la dépression C

On remarque que la dépression C a significativement atténué le débit de pointe généré par le bassin versant local qui est de 30 m3/s à l’instant t=20 min à un débit plus faible retarder à des instants ultérieurs.

iii.

Résultats et interprétations

Un calcul similaire permet de déterminer les débits laminés des autres dépressions sujettes de l’étude, qu’on résume dans le tableau suivant : BV 36 38 39 40 41

Q Méthode rationnelle m3/s 85,13 16,58 5,78 9,88 23,50

Q laminé m3/s 11,06 8,16 2,72 8,23 12,74

Tableau 34: Débits laminés aux exutoires des BV contenants des dépressions

Ainsi, on remarque que le calcul par laminage permet une bonne maitrise des débits avec une précision nettement meilleure que celle des méthodes classiques. - Les PHE déterminés permettent une longue durabilité de l’infrastructure. - Les débits de projet calculés par la méthode du laminage restent nettement inférieurs à ceux trouvés par la méthode rationnelle, ce qui présente une économie significative pour le projet. A l’issu de ce chapitre, on a pu quantifier les débits à l’exutoire de chaque bassin versant, dans le chapitre suivant, on s’intéresse à dimensionner les ouvrage hydrauliques qui vont assurer la continuité

Projet de fin d’étude 2011 /2012

de l’écoulement tout en veillant sur la pérennité et le bon fonctionnement de l’infrastructure autoroutière.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

IV. Etude Hydraulique

Nous commençons ce chapitre par l’étude hydraulique des petits cours d’eau dans laquelle nous présentons la nouvelle méthode de calcul des ouvrages hydrauliques « Bureau of Publics Roads », et nous donnons les résultats de dimensionnement ainsi que des recommandations d’aménagement des ouvrages hydrauliques. Ensuite nous nous intéressons à l’assainissement de la plate-forme qui consiste à calculer les espacements entre les descentes d’eau, à dimensionner les différents cas de fossés et à définir l’emplacement et les spécifications des drains et des collecteurs.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

5.1 Hydraulique des petits cours d’eau De façon générale, les petits cours d’eau sont rétablis par des ouvrages de type buse, dalot ou voute :  La forme rectangulaire ou carrée est généralement adoptée pour :  Conserver la largeur d’écoulement.  Transiter des débits plus au moins importants. Les dimensions L=1.5m et H=1.5m sont prises comme valeurs minimales. 

La forme circulaire est d’un usage très répondu puisqu’elle est facile d’installation, elle s’adapte à diverses conditions, en particulier en cas de biais important. Les buses sont généralement utilisées pour :  Des débits modérés (généralement < 10m3/s);  Sur des cours d’eau à très faible charriage et apport en corps flottant ;  Des biais prononcés ;  Des hauteurs de remblai bien définies : o 7m pour une buse Φ1000 de classe 135 A ; o 9m pour une buse Φ1200 de classe 135 A ; o 11m pour une buse Φ1400 et Φ1600 de classe 135 A ; Pour des fins d’entretien, on utilisera sous autoroute au minimum des buses Φ1000 .



La forme voute est généralement préférée pour des remblais importants qui dépassent 15m Des radiers submersibles sont aussi utilisés pour des pistes latérales non aménagées lorsque le cours d’eau traversé n’est pas encaissé. 5.1.1

Emplacement des ouvrages hydrauliques

Les ouvrages hydrauliques sont implantés à l’exutoire des bassins versants qui interceptent l’axe autoroutier et qui coïncident généralement avec le point bas du bassin (sauf pour des cas particuliers de dépression). Pour le tronçon sujet de triplement, les ouvrages hydrauliques (OH) sont déjà existants. Néanmoins, pour des raisons de vérification et de pérennité de l’infrastructure, on effectuera le calcul des OH de l’ensemble du projet. Une première vérification, montre que l’implantation des ouvrages hydrauliques coïncide avec ceux existants, à l’exception de l’OH 27. Il restera alors de vérifier que les

Projet de fin d’étude 2011 /2012

dimensions existantes satisfont aux résultats obtenus, et d’ajouter, dans le cas échéant, les ouvrages hydrauliques supplémentaires moyennant un fonçage.

Le tableau suivant regroupe l’abscisse d’implantation et l’axe correspondant de chaque OH: abscisse

axe correspondant

abscisse

axe correspondant

OH1

1001,27

axe principale

OH20

919,33

axe 3

OH2

63,97

accès PS1

OH21

777,03

axe3

OH3

222,41

accès PS1

OH22

594,46

axe1

OH4

151,42

axe E0

OH23

2557,91

axe 00

OH5

246,67

axe D0

OH24

551,14

axe 4

OH6

229,37

axe F0

OH25

355,41

axe 4

OH7

584,11

axe E0

OH26

367,81

axe 5

OH8

673,91

axe C0

OH27

5297,70

axe principal

OH9

263,46

axe B0

OH28

5332,17

axe principal

OH10

78,21

accès PS2

OH29

5414,19

axe principal

OH11

163,15

accès PS2

OH30

5502,56

axe principal

OH12

688,90

axe 00

OH31

489,68

axe 7

OH13

3303,69

axe principale

OH32

682,93

axe 8

OH14

4651,81

axe 1

OH33

251,00

axe 9

OH15

4652,43

axe principale

OH34

549,73

axe 01

OH16

987,26

axe 1

OH35

3348,07

axe 00

OH17

2205,68

axe 0

OH36

26068,39

Mediouna

OH18

4820,34

axe principale

OH37

24523,62

Mediouna

OH19

37,24

axe 2

OH38

23759,78

Mediouna

OH39 22274,60 Tableau 35: Abscisse des ouvrages hydrauliques

Mediouna

5.1.2 Prédimensionnement des OH

La formule couramment utilisée pour le prédimensionnement est celle de Delorme : 3

Avec :

Q c =α × B × H e2



Qc : Débit transitant à travers l’OH.



Pour les dalots α= 1.5 et B=Largeur.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

  

Pour les buses α= 2.8 et R=Rayon. He : hauteur d’eau amont, 0.8H < He < 1.2H. H : Hauteur de l’ouvrage.

Le prédimensionnement des ouvrages hydrauliques servira comme valeurs de départ pour les itérations de calculs selon la méthode hydraulique « Bureau of Public Road ».

Projet de fin d’étude 2011 /2012

5.1.3 Méthode de calcul hydraulique « Bureau of Public Roads » Le dimensionnement d’un ouvrage hydraulique consiste à analyser sa capacité d’évacuation des eaux de ruissellement d’un coté à l’autre de l’autoroute. La méthode utilisée pour le dimensionnement hydraulique des ouvrages hydrauliques est celle développée par le « Bureau of Public Road », devenu la Federal Hightway Administration. Elle consiste à déterminer les profondeurs d’eau à l’entrée en fonction du contrôle à l’entrée et à la sortie. La plus grande des deux valeurs est choisie ainsi que le type de contrôle correspondant.

5.1.3.1

Contrôle à l’entrée

Pour ce type de contrôle la capacité hydraulique de l’ouvrage dépend, essentiellement, de la section libre et du type d’entonnement. La rugosité, la longueur de l’ouvrage et les conditions à l’aval n’ont aucune influence sur la capacité hydraulique de l’ouvrage. La figure 1 schématise l’écoulement avec contrôle à l’entrée pour les entrées saillantes, à surface libre et en charge. Les équations correspondantes sont présentées ci après. La transition entre ces deux régimes est définie par une interpolation linéaire entre les deux zones. Les coefficients constants qui figurent dans les équations qui régissent les deux régimes sont définis en fonction du type de l’ouvrage (dalot ou buse) et des caractéristiques de l’entrée. Equations régissant l’écoulement à surface libre : Q 4.0 0.552× A p × H 0.5 2 Ham Q =c /0.552 +Y −0.5 × S P H A p × H 0.5

(

Avec: Ham

)

: Charge à l’amont en m

H

: Hauteur interne de l’ouvrage en m

Hc

: Charge critique en m

Q

: Débit en m3/s

AP

: Section de l’ouvrage en m2

Sp

: Pente de l’ouvrage en m/m

K, M, c, Y

: Constantes qui dépendent du type de l’entrée M

Y

form e

0,039 0,009 8 8

2

0,67

1

Section rectangulaire avec murs en 0,039 0,026 aile d’angle entre 30° et 75°

1

0,81

1

0,08

1

Type de l'entrée Buse en BA, avec murs en aile d’angle entre 15° et 90° et section carrée à l’entrée

C

K

Section rectangulaire avec murs en 0,04 0,061 0,75 aile d’angle égal à 90° et 15° : Tableau 36: Constantes de type d'entrée

Types de contrôle à l’entrée

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Figure 32: Les cas de contrôle à l'entrée

5.1.3.2

Contrôle à la sortie

Pour ce type de contrôle, la capacité hydraulique dépend de l’ensemble des caractéristiques de l’ouvrage (Type, longueur, forme et géométrie de l’entrée) ainsi que la hauteur à l’aval. L’écoulement à travers l’ouvrage hydraulique peut être à section partiellement ou complètement pleine sur une partie ou sur toute la longueur de l’ouvrage tel que montré sur la figure 2. Pour un ouvrage hydraulique coulant plein, le calcul se base sur l’équation du bilan d’énergie. Elle s’écrit sous la forme suivante : ∆ H=H e + H f + H s Avec : ∆H :

Perte de charge totale ou encore c’est l’énergie

nécessaire pour faire passer une quantité d’eau dans un ouvrage hydraulique coulant plein sur toute sa longueur avec contrôle à la sortie. He :

Perte de charge due à l’entrée

H e =K e ×

V2 2g

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Hf =

Ke : (Ke=0.5)

Coefficient qui dépend de la géométrie de l’entrée

Hf :

Perte de charge due au frottement, elle est développée en utilisant la formule de Manning.

19.6 × n2 × LP V 2 × 2g R1.33 h 2

H s=K s ×

V 2g

Hs :

Perte de charge due à la sortie

Ks :

Un coefficient qui dépend de la géométrie de sortie (K s =

V:

Q Vitesse moyenne dans l’ouvrage coulant plein. V = A

1)

Types de contrôle à la sortie

Projet de fin d’étude 2011 /2012

La perte de charge totale (en mètre d’eau, Figure 3) s’exprime sous la forme suivante :

Figure 34: Perte de charge

La charge dynamique du cours d’eau généralement faible et peut être négligée. Cette hypothèse est sécuritaire puisqu’on confondra la hauteur d’eau à l’amont avec la charge à l’amont. 33: Différents cas de contrôle à la sortie On écrit dans ce casFigure :

ham=haval +∆ H−L p . S p

(

19.6 × n2 × LP

)

V2 ∆ H= K e + + K × s 2 g ouvrage coulant plein ou R 1.33 D’une manière générale, c'est-à-dire, pour un h partiellement plein, on peut écrire (Figure 4) : ham=h0 +∆ H− Lp . S p Avec :

Projet de fin d’étude 2011 /2012

∆H :

Perte de charge totale calculée pour un ouvrage

hydraulique coulant plein sur toute sa longueur avec contrôle à la sortie Lp :

Longueur de l’ouvrage en m

Sp :

Pente de l’ouvrage en m/m

h0 :

Distance verticale entre le radier à la sortie et la hauteur à partir de laquelle ∆ Hest mesurée en m

Figure 35: Les cas de perte de charge à la sortie

Le tableau suivant résume les différents cas d’écoulement et les valeurs de h0 correspondantes :

Type de contrôle à la sortie Valeur h0 Cas A : Plein section Haval Haval > H Cas B : Hauteur critique = H hc ou H hc = H Cas C : Ouvrage coulant plein sur Le plus grand de Haval et (hc+H)/2 une

Projet de fin d’étude 2011 /2012

partie de sa longueur Cas D: Ouvrage coulant Si Hamont > 0.75H idem au cas partiellement C plein Si Hamont < 0.75H courbe de remous Tableau 37: Type d'écoulement et valeur de Ho correspondante

Il existe des abaques et des logiciels qui permettent la résolution des équations précédentes. Notons que ces abaques sont tracés pour un coefficient de Manning n=0.012. Dans le cas où le Manning utilisé (n 1) est différent de 0.012 on utilise une longueur équivalente définie par la relation suivante : Léq =L×

n1 n2

2

( )

La hauteur à l’aval est calculée en suivant les étapes suivantes :  Choix d’un profil en travers situé à l’aval de l’ouvrage hydraulique à une distance telle que le régime d’écoulement peut être considéré comme établi (loin de la perturbation due à l’ouvrage).  Définition du coefficient de Manning correspondant.  Calcul du régime d’écoulement dans le profil en travers.  La hauteur à l’aval sera égale à la hauteur normale si le régime d’écoulement est fluvial, et égale à la hauteur critique si le régime est torrentiel.  L’estimation de la hauteur aval doit tenir compte du remous occasionné par les ouvrages hydrauliques situés à l’aval.

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5.1.4 Critères de dimensionnement des ouvrages hydrauliques

Critères de dimensionnement des ouvrages hydrauliques  Le dimensionnement hydraulique des ouvrages de franchissement suivra la méthode développée dans le paragraphe précédent.  Le calcul hydraulique se fera à l’aide du logiciel « Culvert Master » qui utilise la méthode du « Bureau of Public Road ».  Le débit de dimensionnement est le débit de période de retour 100 ans.  Le critère de dimensionnement est tel que le niveau d’eau à l’amont, de période de retour 100 ans, reste au minimum en dessous de la couche de forme et ne dépasse pas la valeur 1.2 * D, avec D la hauteur de l’ouvrage. Ce critère permettra de garder la couche de forme totalement hors d’eau et éviter une diminution de la capacité portante de cette couche.  Les ouvrages ne doivent pas être surdimensionnés : un taux de remplissage d’au moins 80% à l’amont devrait être assuré.  La vitesse maximale admissible à la sortie est de l’ordre de 4,5 m/s  Les types d’ouvrages utilisés sont : o Les buses : conduites circulaires en béton armé de la série 135 A. Dimension minimale 1000 mm pour l’autoroute o Les dalots : ouvrages de section carrée ou rectangulaire en béton armé. Dimension minimale 2.0 m × 2.0 m  Le choix entre le dalot et la buse se fait en fonction de plusieurs critères :  Critères de dimensionnement précédemment énoncés  Analyse de la côte critique de débordement (Couche de forme, ouvrages voisins, rétablissement des écoulements naturels, inondation des riverains…)  Hauteur de remblai sur l’ouvrage hydraulique : Si la hauteur de remblai est insuffisante pour la mise en place du dalot, la buse est plus adaptée. Par ailleurs pour des hauteurs de remblais supérieures à 11m, le dalot est privilégié. Le tableau suivant récapitule les hauteurs de remblai maximales adoptées suivant le type d’ouvrage :

Type de l’ouvrage

D (mm) ou W×H (m×m)

Hmax remblai (m)

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Buse

Dalot

800 1000 1200 1400 1600 2.00 × 2.00 2.50 × 2.50 3.00 × 3.00 3.5 × 3.5

5.5 7 9 10 11 15 à 16

Tableau 38: Hauteur de remblai maximale suivant le type de l'ouvrage

 Le choix de la mise en place d’une buse est préférable à celui d’un dalot car l’exécution d’une buse est plus rapide (cas des ouvrages en déblai, insertion dans une route existante…).  Le type et le nombre d’ouvrages hydrauliques tiennent compte de la nature des écoulements et de la largeur du lit naturel : pour des écoulements en nappe, des ouvertures multiples avec des hauteurs faibles sont plus adaptées que des ouvertures réduites et des hauteurs plus importantes. 5.1.5 Calages des ouvrages hydrauliques

Un ouvrage hydraulique est destiné principalement pour rétablir un écoulement. De ce fait :  L’OH doit être implanté dans le lit mineur du cours d’eau en respectant au maximum le sens d’écoulement naturel. S’il s’avère indispensable de rectifier l’allure naturelle, la continuité hydraulique doit être respectée (captage de l’amont, alignement et courbe) et les zones sensibles doivent être protégées (extrados d’un coude).  Le souci de réduction du coût de l’ouvrage en modifiant considérablement le biais au détriment d’un bon fonctionnement hydraulique doit être évité. La recherche de réduction du coût d’investissement initial de l’ouvrage hydraulique moyennant un calage inadéquat en plan ou en altitude, peut engendrer des surcoûts d’entretient permanent, largement supérieurs au gain réalisé au départ .  L’OH doit être calé le maximum possible suivant la pente du terrain naturel afin de minimiser les dépôts. Ceci est particulièrement recommandé en zone plate et d’écoulement non pérenne.  Pour un écoulement pérenne, une sur profondeur et une reconstitution du lit est souhaitable pour minimiser l’impact de l’OH sur l’environnement.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

 Si la pente du lit est normale (0.5 à 6%), l’OH est calé suivant le profil en long du cours d’eau.  Si la pente est trop élevée, deux types de solutions sont possibles : - Prévoir des éléments de dissipation d’énergie (Efficacité réduite ou aménagements non classiques). - Caler l’ouvrage avec une pente plus faible avec un minimum capable d’assurer l’auto-curage. Cette solution, s’obtient en faisant déboucher l’OH à flanc de talus ou en creusant l’amont. Cette dernière façon est généralement à éviter lorsque le risque de colmatage est fort. Remarque : Les annexes 9 et 10 illustrent les détails du calage des OH 34 et OH 37

5.1.6 Aménagement des extrémités

A l’entrée et à la sortie de chaque ouvrage, il est prévu un ouvrage de tête. Ce dernier est constitué de deux murs en ails et d’un radier en béton armé. Les angles que font les murs en aile et l’axe de l’ouvrage (β1 et β2 ≥ β1) dépendent du biais mécanique (α1) et respectent les relations suivantes

-

β1

= 30° et

β2

compris entre

30° et 75°, ces conditions sont requises pour assurer un minimum d’efficacité hydraulique.

-

β 2=

β1 α 0,008×( 1 + 25) 0,9

(Angles en degrés), expression à utiliser pour des biais modérés;

Figure 36: Angles des murs en aile

Les parties amont sont traitées de quatre manières :  Type I : Lorsque le terrain naturel ou le radier du fossé projeté est au même niveau que le radier de l’ouvrage hydraulique

Projet de fin d’étude 2011 /2012

 Type II : Lorsque le terrain naturel ou le fossé est à un niveau audessus du radier de l’OH  Type III : utilisé dans le cas de chaussée en déblai. Il s’agit d’escaliers, avec un radier bétonné et des bajoyers en gabions ou en béton armé.  Type puisard : Lorsqu’on ne dispose pas d’une hauteur de remblai suffisante pour caler l’ouvrage (Profil rasant) Les parties aval sont traitées de deux manières :  Type I : Lorsque le terrain naturel ou le radier du fossé projeté est au même niveau que le radier de l’ouvrage hydraulique (cas le plus courant)  Type II : Lorsque la sortie de l’OH est calée largement en dessus du terrain naturel. Il consiste à la réalisation d’escaliers en béton armé .Cet aménagement permet de rattraper la dénivelée avec une pente acceptable et de réduire l’énergie cinétique au pied du talus de l’autoroute. 5.1.7 Résultats de calcul « Culvert Master »

Les captures d’écrans ainsi que les sorties du logiciel de calcul hydraulique « Calvertmaster » de OH 37 sont jointes en annexe : (annexes 11 et 12). N° OH

Type

Nbr e

Dimensio n Ø ou L×H

Cote amont NGM

Cote aval NGM

1

Dalo t

3

2×2

111,08

2

Buse

2

1,2

113,95

3

Buse

1

1,2

112,53

4

Buse

1

1,2

117,08

5

Buse

2

1,2

120,07

6

Buse

2

1,2

116,88

7

Buse

1

1

122,82

8

Buse

2

1,2

120,85

120,7

9,83

9

Buse

2

1

121,48

121,1 7

7,51

10 Buse

2

1,2

125,45

125,1

16,3

110,8 3 113,2 5 112,2 1 116,4 8 119,5 2 116,4 9 122,6 6

Longue ur

47,55 23,65 24,2 20,02 15,6 20,81 22,07

Pente %

0,52 58 2,95 98 1,32 23 2,99 7 3,52 56 1,87 41 0,72 5 1,52 59 4,12 78 2,14 72

Amont type

Aval type

Hauteu r du remblai

I

I

5,5

I

I

3,1

I

I

3,5

I

II

2,9

I

I

2,1

I

I

2,8

I

I

2,4

I

I

1,5

I

I

1,1

I

I

4,3

Projet de fin d’étude 2011 /2012

11 Buse

1

1,2

124,3

124,0 2

15,6

12 Buse

2

1,2

117,05

116,7

27,74

13 Buse

2

1,2

121,82

120,5 6

40,58

14 Buse

3

1,2

112,86

112,5

12,86

15 Buse

3

1,2

113,25

16 Buse

3

1

116,73

17 Buse

3

1,2

109,33

18 Buse

1

1

112,69

19 Buse

3

1,2

108,89

20 Buse

1

1

118,51

21 Buse

1

1,2

116,09

22 Buse

1

1,2

115,97

23 Buse

1

1,2

112,1

24 Buse

1

1,4

110,18

25 Buse

3

1,2

106,85

26 Buse

3

1

111,92

27 Buse

2

1,2

108,46

28 Buse

1

1

108,81

29 Buse

2

1

109,34

30 Buse

1

1

109,18

Dalo t

3

2×2

106,3

32 Buse

2

1,2

107,95

33 Buse

2

1

109,32

34

Dalo t

2

2×2

115,38

115,5 1

25,6

35

Dalo t

2

2×2

115,51

115,3

37,64

31

112,2 2 116,3 5 108,9 6 111,1 5 108,6 8 118,1 115,0 5 115,6 6 111,4 5 108,5 7 105,7 3 111,0 6 107,8 9 107,9 9 109,1 3 108,2 1 105,7 6 107,5 9 108,6 3

38,22 17,93 61,3 39,56 16,7 29,83 41,21 28,75 67,3 42,87 42,48 21,65 40,50 39,07 37,15 37,58 29,38 17,9 26,51

1,79 49 1,26 17 3,10 5 2,79 94 2,69 49 2,11 94 0,60 36 3,89 28 1,25 75 1,37 45 2,52 37 1,07 83 0,96 58 3,75 55 2,63 65 3,97 23 1,40 74 2,09 88 0,56 53 2,58 12 1,83 8 2,01 12 2,60 28 0,85 9 0,55 79

I

I

3,6

I

I

3,8

I

II

3,9

I

I

1,1

II

I

2

I

I

2,7

I

I

11,9

II

I

2,9

I

I

1,1

I

I

4,5

I

I

9,2

I

I

4,2

I

I

15,5

I

I

10,9

I

I

11,1

I

II

3,3

I

I

2,7

II

I

2,7

I

I

2,5

II

I

2

I

I

5,5

I

I

1,9

I

I

3,5

I

I

3,3

I

I

7,6

Projet de fin d’étude 2011 /2012

36 Buse

3

1,2

124,56

37 Buse

2

1

139,05

38 Buse

3

1,2

139,44

Dalo t

2

2×2

157,82

39

123,6 4 138,7 8 138,2 8 157,6 2

48,33 36,75 45,33 30,42

1,90 36 0,77 3 2,55 9 0,65 75

I

I

6,9

I

I

3,6

I

I

7,5

I

I

2,1

Remarque : Pour l’OH 34, la pente négative signifie que l’écoulement se fait en contre pente, ceci est dû au fait que l’OH est situé au niveau d’exutoire de la dépression C1.En régime permanent (dépression pleine), l’écoulement se fait totalement en charge, et les dimensions ont été calculées à l’aide de la modélisation du déshuileur dans le paragraphe 3.2.3.3. Néanmoins, un calcul hydraulique en régime transitoire (dépression vide) est effectué avec un écoulement provenant de l’aval de l’ouvrage (BV de la dépression C2). Les résultats obtenus montrent que l’OH 34 fonctionne dans de bonnes conditions dans les deux cas. Lors du calage des OH, une pente minimale de 0,5% a été imposée pour assurer l’autocurage.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

5.2 Assainissement de la plate forme L’assainissement de la plateforme consiste à drainer les venues d’eau vers les chaussées. Plusieurs dispositifs seront prévus pour cette fin : 5.2.1 Les fossés

Ces ouvrages hydrauliques permettent de mettre à l’abri des risques d’érosion des talus de la route. Ils doivent intercepter les ruissellements et les acheminer vers un ouvrage de franchissement ou vers leurs exutoires naturels. Ces ouvrages sont destinés à collecter principalement les eaux provenant des impluviums extérieurs et éventuellement les eaux de la chaussée. Ce sont des fossés trapézoïdaux revêtus ou non revêtus. La pente des berges est égale à 1.5H : 1V pour des fossés non revêtus ; et 1H : 1V pour des fossés revêtus. La base et la hauteur sont des caractéristiques variables en fonction du débit véhiculé et de la topographie locale. Notons aussi que les profondeurs des fossés trapézoïdaux sont choisies par tranche de 0.50m (pour commodité de l’exécution) :

5.2.1.1

Désignation :

La désignation des fossés est faite comme suit :

 Fossé non revêtu : TN­b h  TN : trapézoïdal non revêtu avec fruit des berges égal à 1,5. b : base du fossé en m. h : hauteur minimale adoptée, remplacée par des lettres (A, B, C,) qui constituent des hauteurs croissantes par pas de 0.5 m avec un minimum de 0,5m.

 Fossé revêtu : TR­b h  TR : trapézoïdal revêtu avec fruit des berges égal à 1.0. b : base du fossé en m. h : hauteur minimale adoptée, remplacée par des lettres (A, B, C…) qui constituent des hauteurs croissantes par pas de 0.5 m avec un minimum de 0.5m.

 Cunette triangulaire   Le débit de dimensionnement de ces fossés est le débit centennal lorsqu’il s’agit d’acheminer les eaux d’un bassin versant vers l’exutoire. Cependant pour le drainage des eaux de la chaussée (bourrelet, TPC, cunette…).on propose d’adopter la période décennale. Cette période peut

Projet de fin d’étude 2011 /2012

être justifiée par analogie au niveau de risque adopté par les études d’assainissement des zones urbaine. Une vérification au non débordement pour T=25ans est recommandée.

5.2.1.2

Emplacement

Les fossés peuvent être placés :  Latéralement à la route : Ils draineront les eaux de la chaussée et celles des impluviums extérieurs (fossés latéraux).  Aux pieds de remblai : En cas de pente amenant vers la route (fossés extérieurs).  En crête de talus de déblai : Dans ce cas ils seront revêtus de manière systématique pour se prémunir de désordres occasionnés au niveau du talus de déblai (fossé extérieur).  Sur terre plein central : Ces fossés permettent l’évacuation des eaux superficielles et de la chaussée en cas de dévers vers les collecteurs ou vers les ouvrages d’évacuation (buse ou dalot) destinés à cet effet et positionnés au droit de saturation du fossé. La figure 37 illustre les différents emplacements de fossé.

Figure 37: Différents emplacements de fossés

Les fossés extérieurs, doivent être calés et placés à 1.5m au minimum par rapport au pied de talus de remblai ou de crête.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Le bétonnage du fil d’eau du TPC sur 1.0m peut être recommandé lorsque la vitesse est supérieure à 3 m/s ou la capacité ou la vitesse sont faibles (pente < 1%).

5.2.1.3

Choix technique

             Les fossés non revêtus sont considérés comme rectiligne, à section uniforme et terrain dénudé ce qui correspond à un coefficient de Manning de 0,02.                Les fossés revêtus sont des fossés en béton dont le Manning est estimé à 0,0143. Le choix d’un fossé revêtu ou non revêtu dépend de la vitesse de l’écoulement dans le fossé et de la nature du sol en place. De manière générale, le bétonnage des fossés peut être recommandé lorsque :  La vitesse est supérieure à 3 m/s qui correspond approximativement à une pente > 3%.  La capacité ou la vitesse sont faibles (pente < 0.5%) qui correspond à une vitesse inférieure à 1.5m/s.

5.2.1.4

i.

Dimensionnement

Formules utilisées

Le dimensionnement hydraulique des fossés trapézoïdaux sera fait par la formule de Manning-Strickler : 1 Qc= × A × R2h /3 × √ I n

Rh = A/P et V=Q/A Avec: Qc : Débit dans le fossé en m3/s. n    : coefficient de rugosité de Manning. m A   : surface mouillée en m2. A 1 P    : Périmètre mouillé en m.                                                                     A I     : pente longitudinale en m/m. P Rh  : rayon hydraulique en m.     V   : vitesse d’écoulement en m/s. Figure 38: Section et périmètre mouillés d'un canal trapézoïdal       Pour les fossés triangulaires, la formule classique de Manning n’est plus applicable, en effet, pour les écoulements à faible rayon hydraulique la formule (Rh = A / P) ne décrit pas correctement l’écoulement. Le débit est calculé par intégration de la formule de Manning, écrite pour un élément infinitésimal. 8

Z Qc=0,375× × √ I × H 3 n

Projet de fin d’étude 2011 /2012

avec : Qc : Débit dans le fossé en m3/s. n   : coefficient de rugosité de Manning.

T Z  : rapport de la largeur au miroir T sur la profondeur h (Z = T/h).    h

I   : pente longitudinale en m/m. h  : profondeur d’eau dans le fossé en m.

     

Figure 39: Largeur en miroir et profondeur d'un canal triangulaire

Projet de fin d’étude 2011 /2012

ii.

Méthodologie de calcul et résultats

 

On cherche à faire transiter le débit d’apport calculé par la méthode rationnelle pour des bassins versants locaux, propres aux fossés, à travers une section trapézoïdale : - On commence par une section 0,5×0,5. - On cherche à utiliser la pente du terrain naturel pour des valeurs comprises entre 0,5% et 5%.Dans le cas échéant, pente sera imposée en creusant le TN. Si le débit Qc reste inférieur au débit d’apport, on change la dimension soit en incrémentant la base, soit la hauteur selon la particularité de l’endroit. Une fois on se fixe les dimensions convenables, on calcule la hauteur finale de remplissage en laissant une revanche sécuritaire de 5cm, On calcule la vitesse de l’écoulement pour trancher de choix entre une section TR ou TN ainsi que pour prévoir des éventuels brises charge et ce pour des vitesses supérieures à 4 m/s. Remarque :        ­  Les fossés triangulaires latéraux ont une dimension fixe de 40 cm de profondeur  et des pentes transversales gauches et droites successivement 1/2 et 1/4.        ­ Dans le cas où cette section n’est plus capable (cas de fossé de long linéaire ou de faible pente ) on opte pour des fossés trapézoïdaux.         ­ La cunette centrale a une dimension standard de 0,25 m de profondeur × 2 m de largeur.        ­ Dans le cas de long linéaire de fossé, et pour des raisons d’économie, il est préférable de découper   le   fossé   en   différentes   sections   uniformisées   selon   le   débit   transitant   à   travers chaque section. Dans  le  cas  de  talus   de  déblai  de  grande  hauteur  (H>10m),  et  pour des   raisons  de stabilité de talus et de bon drainage, il est nécessaire d’aménager des risbermes pour veiller à la pérennité de l’autoroute.

 

Risberme

Figure 40: Schéma de principe des risbermes

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Le tableau suivant présente les résultats des calculs des fossés pour l’axe Médiouna : Remarque: N’ayant pas de résultats de la compagne géotechnique, on ne peut déterminer la nature de la surface du terrain naturel du fossé, on utilise alors des sections revêtues .   Caractéristiques des BV N°B tc(mi S m2 L(m) Z(m) Pente % Cr V n) 13375 36,0 1 0 1844 0 1,95 0,85 28,99 12,0 2 8426 335 0 3,58 0,90 6,17 17229 32,0 3 0 995 0 3,22 0,80 14,87 4

57695

317

5

16600

436

6 7 8 9

itc(mm/ h)

Q

apport (m3)

53,59

1,69

144,89

0,31

82,30

3,15

9,00

2,84

0,85

6,47

140,58

1,92

8,50 15,0 18600 406 0 26148 31,0 5 1261 0 15,0 69780 460 0 22,0 49620 822 0

1,95

0,90

9,55

109,39

0,45

3,69

0,85

7,07

132,75

0,58

2,46

0,80

19,80

68,48

3,98

3,26

0,95

8,17

120,99

2,23

2,68

0,85

13,78

86,44

1,01

a

h

0,5 0 0,5 0 0,5 0 0,5 0 0,5 0 0,5 0 0,5 0 0,5 0 0,5 0

0,4 6 0,1 6 0,5 9 0,4 5 0,2 3 0,2 2 0,6 9 0,4 7 0,3 3

Caractéristiques des fossés Pente Qc(m Vitesse Fossé 3 % ) m/s TR-0,51,95 1,69 B 3,83 TR-0,53,58 0,31 A 3,01 TR-0,52,52 3,15 B 4,92 TR-0,52,84 1,92 A 4,54 TR-0,51,95 0,45 A 2,71 TR-0,53,69 0,58 A 3,65 TR-0,52,06 3,98 B 4,84 TR-0,53,06 2,23 B 4,86 TR-0,52,68 1,01 A 3,77

Brises charge Non Non Oui Oui Non Non Oui Oui Non

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5.2.2 Les descentes d’eau

Dans les sections de l’autoroute en remblai (supérieur ou égal à 3 m), des bourrelets en enrobé de 10 cm de hauteur sont placés à l’extérieur et tout au long de la bande d’arrêt d’urgence en vue de collecter les eaux de ruissellement de la chaussée et de les faire évacuer par des descentes d’eau.

5.2.2.1

Schéma de principe Bourrelet

Ecoulement Tableau 39: Résultat de dimensionnement des fossés

Elément de descente d’eau Remblai

Vue en plan

Vue en profil

                                   Figure 41: Schéma de principe des descentes d'eau                 Les détails des descentes d’eau sont illustrés en annexe 13.

5.2.2.2

Formule de calcul

La capacité d’une descente d’eau est évaluée en les assimilant à des déversoirs latéraux :

 

Qc =C ×

2 L× H × √ 2 g × H 3

C’est la formule de l’Association Internationale de Normalisation. Avec :   Qc : Capacité de la descente en m3/s ; L : Largeur du déversoir en m : Pour les descentes d’eau la largeur utilisée est égale à 1m. H : Epaisseur de la lame d’eau à l’amont du déversoir en m. Elle est évaluée par la formule de Manning modifiée (fossé triangulaire) avec  un     

Fossé

H Projet de fin d’étude 2011 /2012

 coefficient de Manning de 0,016. C : Coefficient de débit évalué à 0,59 pour un déversoir placé latéralement dans B.A.U un long canal (c’est le cas des descentes d’eau).

5.2.2.3

Conditions de dimensionnement

Les dimensions des descentes d’eau étant fixes (voir annexe 13), on cherche alors à calculer l’espacement entre les descentes de telle façon que le filet d’eau sur la chaussée ne dépasse pas la largeur limite :   ­ Pour les descentes d’eau, situées au bord extérieur de la BAU, le filet d’eau maximal admis (lame d’eau horizontale) sera égal à 1.30m pour le débit de période de retour 10 ans.   ­ Pour les bourrelets, la lame verticale maximale est de  10 cm pour le débit de période de retour 10 ans.  4% Les espacements doivent être uniformisés en utilisant des pas de 15, = 1,30 20, 30, et 40m tout en privilégiant un pas deD 30m. L’implantation des descentes d’eau débutera à partir des fins de trottoirs et les points bas des profils en long. Bourrelet A partir de  ces deux conditions, on peut tirer la condition de dimensionnement suivante : 

Figure 42: Condition de dimensionnement des descentes d'eau

La pente de la B.A.U est de 4%, la lame horizontale maximale admise est de 1.30 m,  Ce qui revient à considérer une lame verticale maximale  de : 

Hmax = Min (1,3×4% ; 0,1) = 0,052m

Projet de fin d’étude 2011 /2012

5.2.2.4

i.

Méthodologie de calcul et résultats

Méthodologies Le schéma suivant représente les différents paramètres de calcul  Axe + TPC

Q apport l = largeur demi chaussé

P pente longitudinale

Sens d’écoulement L = Espacement

Bourrelet

Qc

Descente d’eau

Figure 43: Schéma de calcul des descentes d'eau

Le débit d’apport étant calculé par la méthode rationnelle, pour une période de retour  décennale, on prend les paramètres suivants :  ­  Longueur du cours d’eau = Espacement  L.                                                                               ­  Surface du bassin versant =  Espacement (L) ×largeur de la demi­chaussée ( l )                      ­  Pente du cours d’eau = pente longitudinal de l’autoroute ( P ). 

                  Donc    :

Q apport = Q apport (L, P).

Projet de fin d’étude 2011 /2012

     Le débit de la descente dépend seulement de la lame verticale H ( Q c  = Qc(H) ), on cherche   alors   à   faire   évacuer   ce   débit   à   travers   la   descente   d’eau,   tout   en   respectant   la condition   de   la   lame   verticale   maximale :   Hmax  =   5,2   cm,   ce   qui   correspond   à   un   débit maximal QcMax.

Etant donné que ce débit doit s’écouler le long du bourrelet, il faut vérifier que la hauteur d’écoulement ne dépasse pas Hmax selon la loi de Manning Strickler intégrée, énoncée ci­avant et appliquée au bourrelet :  8

Q bourrelet =0,375 ×

Z × √ P× H 3 n

Avec : H=Hmax  = 0,052 m.                                                                                                    P  = pente longitudinal de l’autoroute.                                                                         n = 0,0143  Coefficient de rugosité de Manning Strickler.                                              Z = T/h =  1/4% = 25  (Car la pente transversale de la B.A.U = 4%).        Remarque : H max  étant fixe, le débit transitant à travers le bourrelet ne dépend que de  la pente P :                                     Qbourrelet = Q ( P ) La détermination de l’inter­distance L revient donc à résoudre l’équation : 

Qapport(L, I) = min [Qcmax , Q bourrelet ( P ) ] Ainsi, l’inter­distance est dépend seulement de la pente P. Sa détermination  revient à calculer L pour chaque intervalle de pente longitudinale tout en respectant les intervalles uniformisés.  

i.

Résultats

Le tableau suivant résume les calculs pour les valeurs limites des intervalles des pentes  correspondant à chaque valeur  d’espacement : Largeu Tc r pent mi chauss e n ée long 11

0,08

5

11

0,09

5

11

0,18

5

11 11

0,19 0,33

5 5

Itc (mm/ h) 109,8 3 109,8 3 109,8 3 109,8 3 109,8

Q app T=10 0,00624 3 0,00662 1 0,00936 4 0,00962 1 0,01267

Qc Qbourelle Qdescent =min(Qb, t e Qd) 0,0062 43 0,0066 21 0,0093 64 0,0096 21 0,0126

0,0208 58 0,0208 58 0,0208 58 0,0208 58 0,0208

L Théoriq ue

L Pratiqu e

0,006243

19,58

15

0,006621

20,77

20

0,009364

29,37

20

0,009621 0,012679

30,18 39,77

30 30

Projet de fin d’étude 2011 /2012

11

0,34

5

3 109,8 3

9 0,01287 0

79 58 0,0128 0,0208 70 58

0,012870

40,37

L’application de la méthodologie précédente au cas de la présente étude a permis  d’aboutir aux interdistances suivantes : Espacement Max Pente (%) (m) P < 0,09 15 m 0,09 ≤ P < 0,19 20 m 0,19 ≤ P < 30 m Tableau 40: Calcul des pentes limite Tableau 41: Espacement à chaque intervalle de pentes 0,34correspondant 0,34 ≤ P 40 m

40

Projet de fin d’étude 2011 /2012

5.2.3

Les collecteurs 

Une buse collectrice est projetée lorsqu’il est impossible de creuser un fossé vers un exutoire naturel. Elle collecte les eaux de surfaces captées par les regards avaloirs, les regards puisards et les fossés. Ces buses collectrices sont des conduites circulaires en béton armé de la série 90A pour les secteurs hors chaussée et de la série 135 A lorsqu’elles traversent l’autoroute. La capacité de ces collecteurs est évaluée par la formule de Manning Strickler.  Le taux de remplissage du collecteur sera de 80 % au maximum pour le débit de période de retour 20 ans.  Le diamètre minimal doit correspondre au potentiel d’apport solide de la zone. Un diamètre minimal de 400mm est recommandé.  Des regards sont à disposer tout le long du collecteur lors d’un changement de pente ou de direction, d’interception de conduites, d’un changement de diamètre ou à des fins d’entretien. L’espacement varie suivant la situation rencontrée mais lorsque les regards sont utilisés à des fins d’entretien seulement, l’espacement prévu est de 60m pour des collecteurs de diamètre inférieur ou égal à 1000 mm et de 120 m maximum si le diamètre du collecteur est plus grand que 1000mm. 5.2.4 Les drains

Lorsque l’autoroute est en déblai ou en profil rasant, le drainage du corps de la chaussée (couche de base et couche de forme) est assuré par une tranchée drainante constituée de matériaux graveleux et comprenant en son centre un collecteur φ 150 perforé dans sa partie inférieure. Ce drain est positionné, lorsque requis, à la limite des accotements du côté déblai. Ce drain permettra aussi le rabattement de la nappe phréatique si elle existe. Les eaux collectées par ce drain sont évacuées soit par les collecteurs ou rejetées dans les fossés de bas du remblai au point de passage du déblai au remblai. Les regards relatifs aux drains sont disposés tous les 60 m afin de tenir compte des méthodes d’entretien usuelles et lors des changements de direction ou de pente. Dans les zone de transition de passage de déblai en remblai et lorsque la pente de l’autoroute est supérieur à 3% des drains transversaux seront requis.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

L’efficacité d’un réseau de drainage dépend du profil en long de la plateforme. Il est alors recommandé :  D’adopter en profil rasant (zone plate) une plate forme au dessus du TN de 1.5m à 2m au minimum. Ceci permettra : - L’insertion des ouvrages hydrauliques ; -Le drainage du corps de chaussée vers l’extérieur et de palier ainsi au rendement faible des drains calés avec des pentes inférieurs à 1% ;  De s’efforcer à projeter des pentes supérieures à 0.5%, pour éviter la stagnation des eaux sur la chaussée.  D’éviter les déblais profonds (tranchées) en zone plate.  D’éviter les points bas en déblai.  Favoriser le drainage gravitaire et superficiel.

V. Etude de trafic, dimensionnement de la chaussée et des barrières de péage

Le premier volet de cette partie portera sur l’étude du trafic. Il s’agit de déterminer les caractéristiques propres à chaque axe à savoir le nombre de véhicule, le taux d’accroissement et l’agressivité. Dans le deuxième volet on s’intéresse à l’étude de la chaussée, on présentera les variantes de structure et on exploitera les résultats du trafic obtenus pour dimensionner les structures de chaussée de chaque axe selon la méthode Alizé-LCPC. Un calcul manuel et à l’aide de logiciel seront à la fois menés. Enfin, nous terminerons cette partie par une étude de système de péage à l’issue de laquelle on dimensionnera les barrières de péage.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Projet de fin d’étude 2011 /2012

6.1Etude de trafic La méthodologie suivie pour la détermination de la structure de chaussée est la suivante :  Calcul du trafic pour la durée de vie de la chaussée  Choix de la structure de chaussée en fonction de la classe du trafic en s’appuyant sur   le   « Manuel   de   Conception   des   Chaussées   d’Autoroutes »   publié   par SCETAUROUTE en 2005   Validation des structures des catalogues par la méthode analytique

 Ajustement des structures de chaussée de façon à satisfaire les critères définis dans la méthode analytique. 6.1.1 Trafic

6.1.1.1

Données de trafic

        Les   données   du  trafic   utilisées   dans   le   présent   rapport   sont   issues   des   tableaux   de comptage d’ADM, de différentes sections et échangeurs du réseau autoroutier national, on retient les sections  et les échangeurs qui concernent notre projet. 

i.

Données brutes du trafic

      Le   tableau   ci­après   présente   les   données   brutes   de   l’étude   en   trafic   dans   les   2   sens, ramenées   à   l’année   de   mise   en   service   prévue   pour   2015   et   l’année   de   fin   de   durée   de vie 2025 : TMJA

Trafic Sections

Trafic Echangeur s

2015 Contournement de Casablanca 43000 Ain Harrouda -Tit Mellil 45940 Tit Mellil-BIfurcation Bifuration- Casablanca Jaudar 26340 31540 Casablanca Jaudar-Casaport Tit Mellil-Berrchid 28000 Tit Mellil-Mediouna Nord Contournement de Casablanca Tit-Mellil 5900 Casablanca Jaudar 12800 Tit Mellil-Berrchid Tit-Mellil 25200 Tableau 42: Données brutes de trafic

Remarque : L’hypothèse du calcul suppose un trafic équilibré dans les deux sens.

2025 63400 67970 40970 49170 40200 11410 20200 35800

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ii.

Détermination du trafic dans les différents axes

Vu que l’on ne dispose pas de la répartition du trafic sur chaque bretelle des échangeurs, on   était   amené   à   déterminer   le   trafic   dans   chaque   axe   en   prenant   en   considération l’importance économique de chaque destination et en respectant le principe d’équilibre sur chaque échangeur, sous l’hypothèse d’avoir un trafic équilibré dans les deux sens:   Ainsi, pour l’échangeur de Tit­Mellil, l’équation d’équilibre entre le trafic entrant et sortant  permet de déterminer le trafic en 2015 dans les 4 bretelles de l’échangeur : 

Echangeur Tit-Mellil

E = 5900 Section : Ain Harrouda/Tit-Mellil

Section Tit Mellil/Bifurcation

B = 45940 B1

Bifurcation

D1

C1 D2

A1

C2

B2

Données

A = 43000 Ain Harrouda

A2

A calculer Figure 44: Modélisation du trafic de l'échangeur Tit-Mellil

Selon le principe d’équilibre, on peut écrire :

 A1-C1+D1 = B1 Et en considérant le trafic équilibré dans les deux sens, on écrit :

 A1= A2=A/2 , B1=B2=B/2 ,et C1=C2 D1=D2

C1+D1 = E/2

On obtient alors le système :

D1-C1 = B/2-A/2 = 1470

D1 = 2210

D1+C1 = E/2 = 2950

C1= 740

Pour le nouveau Nœud, on modélise les différents trafics de 2015 comme suit :

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Casablanca Jaudar

K =12800 Sect :Bifurcation /Casablanca Jaudar

Sect: Casablanca-Jaudar /Casaport

G = 31540 Casaport

F1 F2 D2

G1

D1

E1

A1 Bifurcation

B2 E2

A=45940

B1

G2

Données

Section Tit Mellil / Bifurcation

B=26340

A2

C1 C2

H1

A calculer

Bifurcation Tit-Mellil

J =25200 Sect: Casablanca Jaudar / Médiouna

I = 28000 I1

Tit-Mellil

I2

Mediouna Figure 45: Modélisation du trafic de l'échangeur de la Z.I Moulay Rachid

Projet de fin d’étude 2011 /2012

L’hypothèse du trafic équilibré dans les deux sens, et l’équation de conservation du flux entrant et sortant dans un échangeur, permet d’écrire le système des équations suivant :

A/2=B/2+C1

C1= C2 = 9800

C1+H1=J/2

H1=2800

C1+H1+E1=I/2

E1=1400

E2=E1+H1

E2=4200

B/2-D1+F1=G/2

F1-D1=G/2-B/2

D1+D2+F1+F2+E1+E2=K F1=F2+H1

F1=3800 D1=D2=1200

F1+D1=K/2-E1

F2=1000

Ainsi, on a pu déterminer le trafic en 2015 dans chaque axe. La même démarche permet de déterminer le trafic en 2025. TMJA Axe C0 B0 A0 axe 0 axe 1 axe 2 axe 3 axe 4 axe 5 axe axe axe axe axe

6 7 8 9 Principal

axe principal D0 F0

Section Ain Harrouda ==> Tit-Mellil Tit-Mellil ==> Bifurcation Entrée sortie Tit-Mellil Bifurcation ==> Médiouna Médiouna ==> Bifurcation Entrée Casablanca-Jaudar Mediouna ==> Casablanca-Jaudar Casablanca-Jaudar==> Mediouna Bifurcation ==> Casablanca-Jaudar Casa-port ==> Casablanca-Jaudar Casablanca-Jaudar ==> Casa port Casablanca-Jaudar ==> Bifurcation Casa-port ==> Mediouna Ain Harouda ==> Bifurcation Bifurcation ==> Casablanca-Jaudar Tit-Mellil ==> Aid Harrouda Bifurcation ==> Tit Mellil

2015 740 2210

2025 1710 3995

2210 9800 9800 6400

3995 13500 13500 10100

4200

6600

1400

2200

1200

1900

1000

1600

3800 1200 2800 22970

6000 1900 4400 33985

13170

20485

740

1710

2210

3995

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Mediouna

Tit Mellil

==> Mediouna

14000

20100

Tableau 43: Résultats de calcul du trafic dans chaque axe

6.1.1.2

Accroissement du trafic

En général, l’accroissement géométrique du trafic sur une section entre l’année P et N (N>P)  se calcule comme suit :                                            

1

Taux d ’ accroissement=100 ×((

( ) Trafic en N )−1) N −P Trafic en P

On Trouve les résultats suivant :  Axe C0 B0 A0 axe 0 axe 1 axe 2 axe 3 axe 4 axe 5 axe 6 axe 7 axe 8 axe 9 axe Principal axe principal D0 F0 Mediouna

Sens Ain Harrouda ==> Tit-Mellil Tit-Mellil ==> Bifurcation Entrée sortie Tit-Mellil Bifurcation ==> Médiouna Médiouna ==> Bifurcation Entrée Casablanca-Jaudar mediouna ==> Casablanca-Jaudar Z.I Moulay Rachid==> Mediouna Bifurcation ==> Casablanca-Jaudar Casa-port ==> Casablanca-Jaudar Casablanca-Jaudar ==> Casa port Casablanca-Jaudar ==> Bifurcation Casa-port ==> Mediouna Ain Harouda ==> Bifurcation Bifurcation ==> Casablanca-Jaudar Tit-Mellil ==> Aid Harrouda Bifurcation ==> Tit Mellil Tit Mellil ==> Mediouna

Taux d'accroissement Entre 2015 -2025(en %) 8,74 6,10 6,10 3,25 3,25 4,67 4,62 4,62 4,70 4,81 4,67 4,70 4,62 4,00 4,52 8,74 6,10 3,68

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Tableau 44: Calcul du taux d'accroissement géométrique

6.1.1.3

Pourcentage des poids lourds

Etant donné que la zone est d’activité industrielle forte, on a pris comme hypothèse un pourcentage de poids lourd de 30%.

6.1.1.4

Agressivité du trafic

  On retiendra la valeur de 1 pour le coefficient d’agressivité moyenne (CAM)  par rapport  à l’essieu de 13 T.

6.1.1.5

Distribution spatiale du trafic

Pour pouvoir déterminer la distribution spatiale dans chaque axe, et par la suite déterminer le coefficient de largeur, il faut d’abord calculer le nombre de voies sur chaque axe à la date de mise en service. Or le nombre de voies dépend du trafic horaire de pointe, donc il faut calculer ce trafic horaire en unité véhicule particulière équivalente.

i.

Calcul de Trafic horaire de pointe

Le trafic horaire de point en UVP est estimé à 10% du TMJA équivalent en VL.

Or, 1PL = 2VL (recommandation ICTAAL pour des pentes < 2%). Donc

UVP/h = 10%×TVL équivalent = 10%×(T VL + 2TPL)

Etant donné que

TPL =% PL × TMJA et TVL= (1-%PL) × TMJA

Donc

UVP/h = 10%×[(1-%PL) ×TMJA +2×%PL × TMJA]

D’où :

UVP/h= 10%×(1+%PL) × TMJA

Remarque : Le %PL est exprimé en décimale.

ii.

Détermination du nombre de voies On utilise les recommandations de la norme ICTAAL.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

On fera la distinction entre une autoroute existante et une construction neuve. Le tableau suivant représente les seuils recommandés pour passer d’une configuration à l’autre.

800

2750 A la construction Existant

UVP/h 1200

1 voie

2 voies

1 voie

2 voies

2200 3 voies 3 voies

Tableau 45: Nombre de voies recommandées par ICTAAL

Le tableau suivant regroupe les résultats de calcul du trafic horaire de pointe ainsi que le nombre de voies sur chaque axe.

Axe C0 B0 A0 axe 0 axe 1 axe 2 axe 3 axe 4 axe 5 axe 6 axe 7 axe 8 axe 9 axe Principal (élargi) axe principal D0 F0 Mediouna

TMJA 2015 740 2210 2210 9800 9800 6400 4200 1400 1200 1000 3800 1200 2800

Trafic VL équivalent 962 2873 2873 12740 12740 8320 5460 1820 1560 1300 4940 1560 3640

Trafic horaire de pointe 96 287 287 1274 1274 832 546 182 156 130 494 156 364

22970

29861

2986

3

13170 740 2210 14000

17121 962 2873 18200

1712 96 287 1820

2 1 1 2

Nombre de voies 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1

Tableau 46: Calcul de nombre de voies

ii.

Détermination du coefficient de largeur.

     La distribution spatiale du trafic lourd en section courante selon le Guide technique de conception et dimensionnement des structures de chaussées  du SETRA/LCPC que nous

Projet de fin d’étude 2011 /2012

proposons d’adopter est la suivante :  Type 1 voie

Construction neuve

Coefficient de largeur 1 Voie lente 0,9 voie rapide 0,1 Voie lente 0,8 voie médiane 0,2 voie rapide 0

2 voies 3 voies

Tableau 47: Coefficient de largeur

Remarque :  pour notre projet, l’élargissement par l’intérieur implique la création d’une nouvelle Voie rapide, le guide ne donne pas de valeur spécifique de coefficient de largeur dans le cas d’élargissement, on opte alors pour la valeur 0,15 qui est sécuritaire. 6.1.2 Trafic cumulé

Pour calculer le trafic cumulé des poids lourds, on utilise la formule suivante :

                                           NE=N × A ×C l   Avec :  N : Nombre cumulé des poids lourds sur la voie lente pour la période de calcul.  A : Agressivité moyenne des poids lourds par rapport à l’essieu de référence 13t, prise égale à A = 1 Essieux de 13 T.   Cl : Coefficient de largeur.qui traduit la répartition spatiale du trafic PL.

Calcul de N :  n=2025

∑ TPL Or N = 365 × p=2015

N=

1+TA ¿ ¿ TPL2015 × ¿ n=2025

365 ×

∑

p=2015

¿

i

= 365×TPL2015

1+TA ¿ ¿ ¿

.

n=2025

×

∑

p=2015

¿

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Or

1+TA ¿ ¿ ¿

n=2025

∑

n− p

=

(1+TA ) −1 TA

× TPL =C = Facteur de cumule. N=365 2015

¿

p=2015

Donc

Le tableau suivant résume les résultats obtenus pour les différents axes.

Axe

C0 B0 A0 axe 0 axe 1 axe 2 axe 3 axe 4 axe 5 axe 6 axe 7 axe 8 axe 9 axe Principal D0 F0 Mediouna

TPL 2015 222 663 663 2940 2940 1920 1260 420 360 300 1140 360 840 6891 222 663 4200

TA en %

Facteur de cumule C

8,74

15,00

1215724

1

6,10

13,24

3204598

1

6,10

13,24

3204598

1

3,25

11,60

12447297

0,9

3,25

11,60

12447297

0,9

4,67

12,38

8679210

0,9

4,62

12,36

5683940

1

4,62

12,36

1894647

1

4,70

12,40

1629969

1

4,81

12,47

1365269

1

4,67

12,39

5154590

1

4,70

12,40

1629969

1

4,62

12,36

3789294

1

4,00 8,74 6,10 3,68

12,00 15,00 13,24 11,83

30190996 1215724 3204598 18136915

0,15 1 1 0,9

N= Coefficie 365×C×TPL nt de 2015 largeur

NE essieu 13T 121500 0 320400 0 320400 0 112020 00 112020 00 781100 0 568300 0 189400 0 162900 0 136500 0 515400 0 162900 0 378900 0 452800 0 182000 480000 163230

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00 Tableau 48: Nombre d'essieu équivalent de 13T

6.2Dimensionnement de la structure de chaussée 6.2.1 Choix techniques de la structure de chaussé

       Le Guide technique de conception et dimensionnement des structures de chaussées du SETRA/LCPC   recommande   d’utiliser   pour   les   sections   autoroutières   les   structures suivantes :

 Structure souple : GNT/GB/BB.  Structure souple : GNT/EME/BB. Pour trancher de choix entre les deux variantes, on procède à une estimation économique de chaque structure selon les prix du marché en vigueur.

     Les matériaux utilisés sont conformes à la norme française NF P 98­129 :  Grave non traitée : GNT.   Enrobé à module élevé : EME 2 de classe  0/14.  Grave bitume : GB 3.  Béton bitumineux semi­grenu : BBSG de classe 0/14. Remarque : 

­      Pour l’axe principal qui sera élargi, on prévoit la mise en œuvre d’une couche de roulement de   BBTM d’épaisseur   2 cm pour assurer la continuité transversale de la structure et le bon état de surface. ­     Une couche de forme de 40 à 50 cm sera mise en œuvre, elle va garantir une plate forme de classe PF2 de 70 MPa. 6.2.2 Référentiel et méthodologie de calcul

         Le dimensionnement des structures de chaussée des différents axes sera basé sur la méthode   rationnelle   exposée   dans   le   guide   technique   du   SETRA/LCPC   « Conception   et dimensionnement des structures de chaussées » édition Décembre 1994.       Les structures de chaussées seront modélisées et vérifiées avec le logiciel « Alizé­LCPC Routes ». 

     La démarche générale de dimensionnement mécanique des chaussées est présentée dans la figure suivante :

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Figure 46: Démarche de dimensionnement mécanique

Projet de fin d’étude 2011 /2012

6.2.3 Critères retenus pour le dimensionnement

Les chaussée souples sont vérifiées par le calcul vis­à­vis :  De la rupture par fatigue à la base des couches bitumineuses : L’allongement   ε t calculé   à la base de ces couches doit rester inférieur à une valeur admissible ε t adm .  De l’orniérage des couches non liés et du support : La déformation verticale  ε z calulée  à la surface de ces couches doit rester inférieure à une valeur admissible ε z adm . Remarque :  Etant   donné   que   la   couche   de   base   formée   de   GB   ou   EME     est   celle   qui

supporte le plus de sollicitation, on se limite alors à déterminer  ε t  à la base de la couche de GB seule. 6.2.4 Hypothèses de calcul

6.2.4.1

Plate-forme

    Vu que l’on ne possède pas encore de données géotechnique pour pouvoir classer les différents matériaux des déblais et des zones d’emprunt proches et les réutiliser par la suite, on prévoit la mise en œuvre d’une couche de forme en matériaux insensibles à l’eau (à savoir D3 ) d’épaisseur 50 cm qui permettra de viser une plateforme PF2 de 70 MPa.

6.2.4.2

Risque

Le risque de calcul est fixé en fonction des objectifs d’entretien. On le choisira égale à 5% valeur communément retenue sur des projets similaires.

6.2.4.3

Durée de vie

  Le dimensionnement des chaussées est envisagé pour une durée de vie de 10 ans. 6.2.4.4

Température équivalente

Compte tenu des conditions climatiques du tronçon autoroutier, on adopte une température de référence de 19°C. Les modules des matériaux bitumineux sont déterminés sur la base de cette température.

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Remarque : En toute rigueur, le choix d’une température de référence  doit s’appuyer sur un traitement statistique d’une longue série (au moins un an) de mesures in situ. 

Projet de fin d’étude 2011 /2012

6.2.4.5

Caractéristiques des matériaux

   Les caractéristiques des matériaux utilisés pour le dimensionnement des structures de   chaussée   sont   issues   du   Guide   Technique   de Conception   et   Dimensionnement   des Structures de Chaussées du SETRA/LCPC.

i.

Matériaux bitumineux : Matériaux traités au liant hydraulique Caractéristiques mécaniques équivalentes pour T=19°C BB GB EME Module 17000 10°C 7200 12300 11600 19°C 3960 6900 complexe MPa ε6 130 100 90 Fatigue

­1/b Sn Coefficient de poisson Coefficient de calage

5 0,25 0, 35 1,1

5 0,3 0,35 1,3

5 0,25 0,35 1

Tableau 49; Caractéristiques mécaniques des matériaux bitumineux

ii.

Graves non traitées :

      La  couche de fondation constituée de  GNT sera mise en œuvre en couches de 25 cm (recommandation du guide). On retient alors les paramètres suivants :

 Sur la plate forme de type PF2 : E plate forme support =70 MPa

 Pour la 1ère couche : EGNT 1=3 × E plate forme support =210 MPa

 Pour la ième couche : EGNT =3 × EGNT i

i−1

  Limité à  360 MPa

Pour notre projet, on utilise une seule couche de fondation de 25 cm et de module 210 MPA.  Coefficient de  poisson : 0,35

Projet de fin d’étude 2011 /2012

Projet de fin d’étude 2011 /2012

6.2.5 Détermination des sollicitations admissibles

6.2.5.1

Calcul de l’allongement admissible à la base des couches bitumineuses :

 Exemple de calcul Manuel (axe Mediouna). On note que la couche de GB (couche de base), est la couche la plus sollicitée, de ce fait, on a toujours la relation :   ε t adm BB> ε t adm GB Par conséquent, on s’intéresse dans ce   paragraphe   à calculer la valeur admissible pour la couche de GB, l’ensemble des valeurs de déformation admissible sera reporté dans un tableau à la fin de ce paragraphe. 

     La valeur de  ε t adm   est donnée par la relation :        Avec :  

ε t adm =ε t ( NE, θ éq , f )× K r × K c × K s

  en  µdéf

ε t (NE ,θ éq , f )   :  Déformation pour laquelle la rupture conventionnelle en flexion sur éprouvette est obtenue au bout de NE cycles avec une probabilité de 50 %, pour la température équivalente θéq , et à la fréquence f caractéristique des sollicitations subies par la couche considérée :

[

E(10 ° C ) ε t ( NE , 19° C , 10 Hz )=ε 6 (10 °C ,25 Hz) × E(19 ° C )

0,5

] ( ) ×

NE 106

b

    en  µdéf

A.N :  ε t ( NE , 19° C , 10 Hz )=¿ 67,08 µdéf 

Kr :  Coefficient qui ajuste la valeur de déformation admissible au risque de calcul retenu en fonction des facteurs de dispersion sur l’épaisseur et sur les résultats des essais de fatigue.

K r =10−buδ

               Avec :   u: variable centrée réduite associée au risque r   r% 2

U ­2,054

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5 12 25

­1,645 ­1,175 ­0,674

Tableau 50: Variable centrée réduite associée au risque r

  

δ  : écart­type de la distribution de logN à la rupture :  0,5

[ () ]

c2 δ = SN + 2 × Sh2 b 2

SN : écart type de la distribution des résultats des essais de fatigue.  Matériau GB BB EME

­1/b 5 5 5

SN 0,3 0,25 0,25

Tableau 51: Ecart type de la distribution des résultats des essais de fatigue

    Sh : écart type de la distribution de l’épaisseur des couches. e(cm) e