stabilité d'un barrage en remblai

Table des matières : REMERCIEMENT…………………………………………………………………………………………………………………………………. 4 INTRODUCTION………………………………………………………………………………………….…………………………………….…. 5 1ére partie : généralités:……………………………………………………………………………..7 Direction générale :………………………………………………………………………………..… 6

I.

1.

Introduction : ......................................................................................................................................... 6

2.

Explication du nom, de la signature et du logo : .............................................................................. 7

3.

L’organigramme de novec :................................................................................................................. 7 Dirrection barrage : .............................................................................................................................. 8

II.

1.

Introduction : ......................................................................................................................................... 8

2.

Etudes et suivi d’exécution : ............................................................................................................... 8 Introduction : ............................................................................................................................................. 9

I.

1.

Définition : ............................................................................................................................................. 9

2.

Rôle : .................................................................................................................................................... 10 Fonctions d’un barrage:...................................................................................................................... 10

II.

1.

Etanchéité : .......................................................................................................................................... 10

2.

Stabilité : .............................................................................................................................................. 11

3.

Equipements : ...................................................................................................................................... 11

III.

a.

Equipements de sécurité et d'entretien : ....................................................................................... 11

b.

Equipements hydroélectriques : ..................................................................................................... 12

c.

Equipements de circulation : .......................................................................................................... 13 Type : .................................................................................................................................................... 13

1.

Les barrages en remblai : .......................................................................................................... 14

2.

Les Barrages en béton : ...................................................................................................................... 16

IV.

Critère de choix de type de barrage : ................................................................................................ 17

1.

La forme de la vallée : ........................................................................................................................ 17

2.

La séismicité : ...................................................................................................................................... 20

3.

La géologie : ........................................................................................................................................ 20

4.

La disponibilité des matériaux de construction : ............................................................................ 21

5.

Les conditions climatiques : .............................................................................................................. 21 Page 1

6.

Les crues à maitriser : ......................................................................................................................... 21

2éme partie : étude de stabilité des barrages en remblai:………………………………………. 23 Introduction : ........................................................................................................................................... 23

I. II.

Les barrages en remblai à noyau centrale : ...................................................................................... 24

1.

Introduction : ....................................................................................................................................... 24

2.

Matériaux de construction : ............................................................................................................... 25

III.

Comportement des barrages en remblai: .......................................................................................... 28

1.

Phases de construction : ..................................................................................................................... 28

2.

Phase de consolidation : ..................................................................................................................... 30

3.

Phase d’exploitation avec variation du niveau d’eau : ................................................................... 31

IV.

Calcul de stabilité: ............................................................................................................................... 32

1.

Principe d’analyse : ............................................................................................................................ 32

2.

Méthodes d’analyse : .......................................................................................................................... 32

3.

cas de charges :.................................................................................................................................... 36

4.

Angle des talus : .................................................................................................................................. 37

5.

Sécurité en cas de séisme selon analyse pseudo-statique : ............................................................ 38

V. Géo-Slope : ............................................................................................................................................... 39

3éme partie: Application………………………………………………………………………..… 41 Introduction : ........................................................................................................................................... 42

I. II.

Situation géographique : ..................................................................................................................... 42

III.

Etude du barrage kharroub: .............................................................................................................. 44

1.

Description du barrage : ..................................................................................................................... 44

2.

Vue en plan du barrage Kharroub : .................................................................................................. 44

3.

Bassin versant : ................................................................................................................................... 46

IV.

Etude de stabilité du barrage: ............................................................................................................ 47

1.

Paramètres géotechniques : ............................................................................................................... 47

2.

Calcul de stabilité : ............................................................................................................................. 48

3.

Calcul dynamique pour un séisme de 0,14g : ................................................................................. 55

CONCLUSION………………………………………………………………………………………………………………………………………. 57 WEBOGRAPHIE………………………………………………………..………………………………………………………………………… 58 BIBLIOGRAPHIE………………………………………………………………………………………………………………………………….58

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Au terme de ce modeste travail, je tiens à remercier vivement la direction de NOVEC_RABAT pour m’avoir accordé ce stage d’application et pour m’avoir accueilli au sein de ses services. Il m’est également agréable de m’acquitter d’une dette de reconnaissance auprès de toutes les personnes, dont l’intervention au cours de ce projet, a favorisé son aboutissement. Ainsi, je tiens à remercier tout le personnel de NOVEC et plus précisément : Monsieur Abedellah Zakaria chef de division barrage à NOVEC, pour son accueil, la confiance qu’il m’a accordée et pour la chance qu’il m’a donnée afin d’intégrer son service. Mes remerciements les plus sincères vont à mon encadrant Mr Abedelhakim OUBAIR pour les conseils qu’il m’a prodigués, leur judicieux encadrements ainsi que son assistance pour la rédaction du rapport. Que tous ceux qui m’ont aidé, de près ou de loin, trouvent ici l’expression de mes sentiments les meilleurs.

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Les barrages existent probablement depuis la préhistoire où ils étaient utilisés comme réserve d'eau potable, d'irrigation,... Le premier grand barrage connu a été construit en Égypte, vers 4000 av. J.-C., pour faire dévier le Nil afin de créer un site pour la ville de Memphis. De nos jours, il existe dans le monde plus de 800 000 barrages, dont 45 000 sont considérés comme des grands barrages (hauteur supérieure à 15m), et plus de 1 600 grands barrages sont encore en construction. D'ailleurs, à ce jour, près de la moitié des fleuves dans le monde comptent au moins un grand barrage. Les barrages ont une grande importance pour le développement rurale d’un pays, mais après construction ces barrages sont exposés au risque de rupture qui est certes assez rare mais quand elle arrive, les conséquences peuvent être catastrophiques et occasionner des dommages considérables sur les hommes et les biens. Mon présent travail s’inscrit dans le cadre de l’étude des barrages : leurs fonctionnement, leurs différents types et leurs qualité de construction qui s’influence par la fuite d’eau dans le rocher et provoque par suite une instabilité de matériaux constructeurs du barrage. Puis mon stage s’est orienté à l’étude de la stabilité des barrages en remblai (les plus exposés au risque de rupture) par calcul directe et par l’utilisation du logiciel Geo-Slope qui s’est étudiés en faisant examiner le comportement du barrage Kharoub et son adaptation.

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Page 5

I.

Direction générale : 1. Introduction : NOVEC, filiale de la Caisse de Dépôt et de Gestion (CDG), est issue de la fusion des deux

bureaux d’études Ingéma et Scet-Scom en date du 30 novembre 2009. Cette nouvelle entité bénéficie des expertises sectorielles complémentaires des deux bureaux d’études, à savoir : Scet-Scom

(fondée

en

1958): Bâtiment,

OPC,

Aménagements

urbains,

Agriculture

et

Développement rural, Alimentation en eau potable et Assainissement. Ingéma : Grandes infrastructures (Barrages, Autoroutes, Ouvrages d’art, Ports, Tunnels), Ressources en eau, Energie et Environnement. Fort de l'expertise reconnue de ces deux bureaux, Novec est désormais un acteur de premier ordre dans le domaine de l’ingénierie, employant près de 600 collaborateurs, intervenant dans des domaines d’activité variés, offrant des services de haut niveau dans les métiers en rapport avec le développement territorial durable, tant à l'intérieur du Royaume qu'à l'international. NOVEC, a déménagé (le 3 juin 2013) pour rejoindre Technopolis. Ce changement d’adresse accompagne le développement de cette entreprise, acteur majeur de l’ingénierie marocaine depuis 1958, et répond également à la volonté de la société d’offrir à ses collaborateurs des conditions de travail optimales, dans un cadre moderne, bien aménagé et respectueux de l’environnement. Page 6

2. Explication du nom, de la signature et du logo : Novec est un mix des termes « Innovation » et « Ecologie ». Ce nom fait directement référence aux préoccupations de créativité et de développement durable de la société. La signature choisie « Votre partenaire polyvalent pour des solutions durables » met en exergue l’expertise multi-métiers de Novec, ainsi que ses préoccupations de protection de l’environnement. Le logo de Novec est sobre par son côté institutionnel. Le jeu de formes, clin d’œil au métier d’ingénieur, confère au logo un cachet moderne. La forme arrondie symbolise l’ouverture. L’utilisation de lettres capitales confère au logo du style. La couleur verte renvoie à la préoccupation de préserver l’environnement ; elle symbolise la vitalité et le renouveau. Le noir représente la rigueur et la sobriété.

3. L’organigramme de novec :

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II.

Dirrection barrage : 1. Introduction : Novec est présent dans le domaine des barrages depuis 1973, et a développé une grande

expertise tant au niveau national qu’international ce qui lui a permis de figurer parmi les premiers bureaux d’ingénieurs conseils en Afrique et au Moyen Orient. Les prestations offertes par l’activité couvrent l’ensemble des stades pour les études relatives au domaine des barrages et aménagements hydrauliques et les études de conception. L’approche de Novec est basée sur l’optimisation des moyens en fonction des conditions naturelles des sites examinés.

2. Etudes et suivi d’exécution : L’assistance technique de Novec se focalise sur les différents domaines liés aux barrages qui vont du génie civil à l’hydraulique, en passant par la géologie, la géotechnique et l’électromécanique. Novec dispose à son actif de plus d'une centaine de barrages, étudiés ou réalisés, auscultés et/ou expertisés (Remblai, BCR, voûte, masque amont, maçonnerie). Exemple des grands barrages AU MAROC : Barrage Sidi Said : (2000-2005), Caractéristiques : _ Poids en Béton compacté au rouleau, _ h = 120 m, _ V = 650.000 m3 Avant-projet, Projet d’exécution, Supervision des travaux. Part NOVEC : 80% Auscultation (2005-2009), Part NOVEC : 100% Exemple des grands barrages à L’ETRANGER : TCHAD : (2004). Etude de conception du barrage Kadjmeur dans la province d’Arada Caractéristique : _ Digue à noyau, et un évacuateur de crue latéral _ H = 5,90 m _ V = 23,200 m3 Dossier d’appel d’offre (2005)

Barrage Busanga Modèle mathématique 3D

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I.

Introduction : Les barrages font partie des plus grandes ouvrages jamais réalisés par l’homme. Depuis

l’éternité, l’homme se sert des barrages pour l’utilisation de l’eau et la protection contre l’eau. Les barrages jouent et joueront toujours un rôle essentiel pour l’homme car ils lui permettent de satisfaire ses besoins vitaux en eau, en nourriture et en énergie tout en respectant l’environnement et en garantissant la gestion durable des ressources. En regardant vers l’avenir ce rôle devient plus dense.

1. Définition : Les barrages sont, par définition, des ouvrages d’art hydraulique qui barrent sur toute la largeur une section d’une vallée, et qui créent ainsi une dépression topographique artificielle étanche à l’eau. De manière générale et dans la plupart des cas, la hauteur du barrage dépasse le niveau d’eau atteint par les cours d’eau en période de forte crue. Fondamentalement, les barrages réalisés contribuent de manière décisive à l’approvisionnement en eau potable, l’irrigation et la protection contre les inondations de larges zones du territoire où l’égard à la composante environnementale est de place.

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2. Rôle : Par la construction de barrages, l’homme influence de manière prépondérante l’écoulement naturel des eaux de ruissellement. 3 raisons principales peuvent justifier cette intervention : La création d’une retenue : Selon le volume utile de la retenue et le débit des apports, on distinguera les accumulations journalières, hebdomadaires, saisonnières ou inter-saisonnières. La régulation des apports : Dans la pluparts des régions du monde, les précipitations sont concentrées sur des périodes courtes. Ces apports sont souvent très irréguliers d’une année à l’autre. Les besoins en eau sont répartis de manière beaucoup plus homogène sur l’année. Il s’ensuit donc une succession de périodes de pénurie et d’excès que le seul moyen de compenser est la réalisation d’une retenue. La surélévation du plan d’eau d’une rivière : La mise en place d’un barrage en travers d’un cours d’eau a pour effet de surélever le plan d’eau à l’amont. Cet effet est bien entendu utilisé pour la production hydroélectrique, mais également pour gérer la dérivation des eaux d’une rivière vers une prise d’eau puis un canal d’amenée pour l’irrigation ou l’alimentation en eau.

II.

Fonctions d’un barrage: 1. Etanchéité :

L'étanchéité des barrages de retenues est évidemment l'objectif prépondérant. On doit distinguer : Page 10

- l'étanchéité propre du barrage qui est liée à sa constitution, et donc peut aisément être maîtrisée et contrôlée - l'étanchéité du bassin de retenue qui dépend de la géologie du site (nature des terrains, état de fracturation, réseaux karstiques éventuels, ...), elle est établie lors du choix du site et peut éventuellement être traitée sur des zones de faible étendue - l'étanchéité de la liaison barrage - sol de fondation; la zone de pied de barrage est celle des plus fortes pressions, et le terrain peut être en partie remanié lors de la construction de l'ouvrage, cette zone doit donc être contrôlée et traitée soigneusement.

2. Stabilité : Les barrages sont soumis aux efforts liés à l'action de l'eau : - la pression hydrostatique sur les parois en contact avec la retenue - la pression dynamique exercée par les courants d'eau - la pression interstitielle des eaux d'infiltration dans le sol de fondation (sous pression) qui non seulement réduisent les actions de contact du sol sur son support mais réduisent aussi la résistance de ces terrains. On doit prendre en compte le poids propre du barrage et les actions de liaison du sol de fondation. On devra vérifier : - la stabilité d'ensemble de l'aménagement (barrage et massif de fondation) qui dépend des qualités du massif de fondation - la stabilité propre du barrage sous l'ensemble des actions extérieures. - la stabilité interne du barrage sous les sollicitations.

3. Equipements : a. Equipements de sécurité et d'entretien : Il s'agit de prises d'eau commandées par des vannes et protégées par grilles permettant d'évacuer rapidement tout ou partie de la retenue. Le problème est d'éviter les dégradations, dues à la puissance de l'écoulement, aussi bien pour l'ouvrage que pour les rives en aval de l'ouvrage. Page 11

Évacuateurs de crue : Il s'agit de trop plein permettant de limiter le niveau d'eau dans le barrage lorsque le débit d'alimentation devient trop important. L'évacuation se fait par le haut du barrage soit le long d'un canal à l'air libre où une partie de la puissance sera consommée par les remous, soit par-dessus le barrage où une partie de l'énergie est absorbée par frottement et pulvérisation dans l'air. vidanges de fonds : Il s'agit de prises d'eau situées au point bas du barrage permettant la vidange pour l'entretien. Les conduites traversent le plus souvent le barrage. Pour éviter la cavitation(1), qui entraînerait une érosion importante des conduites, on utilise des formes très progressives et des parois les plus lisses possibles (blindages métalliques). En sortie, on cherche à réduire la vitesse de l'écoulement par élargissement des conduites et éventuellement projection dans l'air. b. Equipements hydroélectriques : Les équipements hydroélectriques peuvent se décomposer en 3 parties: - une partie d'équipement hydraulique concernant la circulation de l'eau. - une partie de transformation d'énergie (turbine, alternateur) - une partie électrique concernant la transformation et le transport de l'électricité. Les prises d'eau doivent être convenablement protégées (criblage, dessablage) pour éviter la dégradation des équipements. Les conduites forcées doivent être très résistantes avec des parois très lisses pour limiter les pertes de charge et les cavitations. L'ensemble des équipements hydrauliques est équipé de vannes et de dispositifs de régulation des pressions et des débits. Page 12

c. Equipements de circulation : Les barrages sont équipés de galeries permettant les accès aux équipements hydrauliques et électriques et permettant l'auscultation et le contrôle du barrage. Pour permettre la navigation fluviale, des écluses ou canaux de dérivation peuvent être aménagés (exceptionnellement on peut utiliser des ascenseurs à bateaux pour de fortes dénivellations). Pour favoriser la circulation des poissons migrateurs (saumons), on équipe les barrages de passes à poissons (canaux à faible vitesse d'écoulement).

Il est très fréquent que les barrages soient utilisés comme voie de circulation en crête, on équipe donc le sommet d'une chaussée et des dispositifs usuels de sécurité.

III.

Type : Le principe général d'un barrage est de barrer une vallée, plus ou moins encaissée, pour

accumuler l'eau. Cette accumulation peut avoir plusieurs objectifs. Leurs caractéristiques géométriques et le principe de leur conception permettent aussi de regrouper les barrages en grandes familles. On distingue donc, de façon schématique, divers types de barrages :

Page 13

 Suivant leur fonction, sachant qu'un même ouvrage sert le plus souvent à plusieurs fonctions : 

Accumulation d'eau restituée pour la production d'énergie, l'alimentation en eau ou l'irrigation ;



Régulation d'un cours d'eau pour la navigation ou la gestion des crues et des étiages.

 Suivant leurs caractéristiques géométriques : 

Barrages réservoirs, de grande hauteur ;



Barrages au fil de l'eau, sur le cours d'une rivière.

 Suivant leur conception :  Barrages poids, pour lesquels, comme leur nom l'indique, c'est la masse de l'ouvrage qui s'oppose à la pression de l'eau ; 

Barrages voutes, pour lesquels la pression de l'eau est transmise par l'ouvrage sur les parois latérales.

 Selon la nature du matériau de construction utilisé :

On classe les barrages selon 2 grandes familles :

1. Les barrages en remblai : Les barrages en terre présentent notamment l’avantage de pouvoir reposer sur des fondations de médiocre qualité, c’est-à-dire compressibles. Tous les barrages en terre peuvent être considérés comme des barrages-poids, c’est-à-dire qu’ils résistent à la pression de l’eau par leur propre poids. C’est ce qui explique leur section de forme trapézoïdale. On en trouve de trois types : - homogène, - à noyau, - à masque. • Barrage homogène Un barrage en terre est dit homogène lorsqu’il est constitué d’un même matériau à dominante

argileuse,

relativement

imperméable. Selon les ouvrages, la pente des talus sera plus ou moins forte, en fonction notamment des caractéristiques du matériau employé.

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• Barrage à noyau Dans un barrage à noyau, les fonctions de résistance et d’étanchéité sont en quelque sorte séparées. La résistance est assurée par les recharges placées sur les flancs de l’ouvrage, et l’imperméabilité par le noyau central. Le noyau au centre de l’ouvrage va être constitué de la terre la plus imperméable possible. Il sera tenu de part et d’autre par des recharges composées, selon les cas, de terre plus perméable, d’alluvions ou d’enrochements.

• Barrage à masque Il peut aussi exister des sites où aucune terre n’est disponible, mais seulement des enrochements. Ceux-ci sont alors employés pour réaliser le corps du barrage, tandis que l’étanchéité est assurée par un masque de béton, ciment ou béton bitumineux posé sur l’ouvrage luimême, côté amont.

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2. Les Barrages en béton : L’avantage du béton est notamment d’autoriser l’édification d’ouvrages plus résistants. Il en existe deux principaux types : - les barrages poids, - les barrages voûte. S’y ajoutent les barrages à contrefort et à voûtes multiples, variantes des deux premiers.

• Barrage poids Comme son nom l’indique, ce type de barrage oppose son poids à l’eau pour la retenir. En fonction des propriétés de résistance du matériau, la forme triangulaire à l’aval de l’ouvrage s’est peu à peu imposée.

• Barrage voûte Le barrage voûte représente l’ultime aboutissement de l’utilisation des propriétés du béton en termes de résistance. Il permet des économies de volume d’au moins 30 % par rapport à un barrage-poids. On pourrait comparer sa forme à celle d’un pont couché sur l’un de ses côtés, et qui chargerait de l’eau au lieu de véhicules. L’effort de résistance est ainsi en partie reporté par l’arc central sur les rives, permettant de construire des ouvrages moins volumineux, à performance égale. En revanche, les fondations, sur lesquelles se reporte une grande partie de l’effort, doivent posséder des caractéristiques mécaniques élevées afin de supporter celui-ci.

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• Barrages à contrefort et à voûte multiple Les autres formes de barrages voûtes sont des variantes des deux premiers types. Le barrage à contrefort est ainsi un barrage poids allégé de l’intérieur. Le barrage à voûtes multiples, quant à lui, repose sur des appuis intermédiaires, lorsqu’une trop grande portée sépare les deux rives d’un cours d’eau.

Les barrages se subdivise nt comme suit :

IV.

Critère de choix de type de barrage : Le choix du type de barrage est une tâche complexe qui nécessite la prise en compte d’un

nombre particulièrement important de paramètres et d’informations. L’objectif est de proposer la solution la plus économique tout en garantissant le plus haut degré de sécurité et en minimisant les impacts causés par l’ouvrage et le chantier. Les critères principaux à prendre en compte sont :

1. La forme de la vallée : La géométrie de la vallée permet d’exclure d’emblée certains types de barrages :

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a. Canyon ou gorge : vallée encaissée avec des flancs presque verticaux Le barrage-voute s’impose si la géologie et l’intégration des ouvrages annexes le permettent. Si la largeur est presque constante sur tout la hauteur un barrage voute cylindrique peut être envisagé Si les crues sont importantes un barrage poids permettra d’intégrer l’évacuateur de crues

b. Vallée étroite en V : Le barrage voute peut être envisagé si la géologie et l’intégration des ouvrages annexes le permettent D’autres critères topographiques doivent être vérifiés : 

L’élancement



Les courbes de niveau du rocher d’appui doivent être parallèles à l’axe de la vallée, voire légèrement convergentes.



La géologie doit être adéquate (résistance, fracturation, pendages).

Le barrage-poids et le barrage en enrochement a masque amont son également envisageables Le barrage en enrochement à noyau central est proscrit, du fait de pente importante des flancs (tassements différentiels et risque de fissuration du noyau). Page 18

c. Vallée étroite en U : Le barrage-voute peut être envisagé si la géologie et l’intégration des ouvrages annexes le permettent. D’autres critères topographiques doivent être vérifiés : 

L’élancement



Les courbes de niveau du rocher d’appui doivent être parallèles à l’axe de

vallée,

voire

légèrement

convergentes 

La géologie doit être adéquate (résistance, fracturation, pendages)

Le barrage-poids et le barrage en enrochement à masque amont sont également envisageables alors que le barrage en enrochement à noyau central est à proscrire, pour les mêmes raisons que dans le cas précédent. d. Vallée large : L’élancement du barrage est très important, éliminant le barrage-voûte. Tous les autres types de barrages peuvent être envisagés pour autant que les autres critères de choix soient satisfaits.

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2. La séismicité : Les types de barrages les plus résistants aux sollicitations dynamiques sont : 

Les barrages-voûtes et les barrages poids-voûtes, de par leur hyperstaticité.



Les barrages en enrochement à noyau central argileux, de par leur capacité à supporter de grandes déformations.

Les barrages a contreforts ne supportent que peu les sollicitations transversales, de par la forme même de la structure. Les barrages en enrochement à masque amont posent le problème de la fragilité de l’élément étance.

3. La géologie : On peut classer la géologie d’un site dans les catégories suivantes : a. Rocher de bonne qualité : 

Module d’élasticité ER > 8000 MPa ;



Les galeries de reconnaissance sont creusées presque sans mesures de soutènement

Un tel rocher convient à tous les types de barrages.

b. Rocher de moyenne qualité : 

Module d’élasticité ER compris entre 4000 et 8000 MPa ;



Les galeries de reconnaissance sont creusées sans mesures de soutènement.

Un rocher de moyenne qualité permet tous les types de barrages sauf les barrages –voûtes pour lesquels les contraintes à la fondation sont trop importantes. La tenue du rocher doit être étudiée minutieusement pour vérifier que les déformations de fondation seront supportées par le barrage. Un comportement homogène de la fondation est très important.

c. Rocher de mauvaise qualité : 

Module d’élasticité ER < 4000 MPa ;



Le creusement des galeries de reconnaissance nécessite des mesures de soutènement particulières.

La déformabilité du rocher est trop grande pour y fonder une structure rigide comme un barrage en béton. On préférera sur ce type de terrain un barrage en remblai, à noyau ou éventuellement à masque amont. Page 20

d. Sol meuble : Seuls les barrages en remblai à noyau peuvent supporter la déformabilité de tels sols. Une attention particulière sera portée à la continuité de l’étanchéité de la retenue dans la fondation sous le barrage.

4. La disponibilité des matériaux de construction : Quel que soit son type, la construction d’un barrage nécessite la mise en place de grandes quantités de matériaux. Les coûts de construction sont fortement influencés par le prélèvement, le transport et la mise en place des matériaux. Les zones d’emprunts devront donc se trouver à proximité immédiate du site ; et les frais de traitement des matériaux doivent être optimisés. La quantité et la qualité des matériaux disponibles doivent être suffisantes pour répondre aux spécifications exigées pour chaque type de barrage.

5. Les conditions climatiques : Les conditions climatiques influencent de manière prépondérantes les conditions d’exécutions de l’ouvrage, et par là le délai d’exécution. La durabilité du barrage peut également être influencée.

6. Les crues à maitriser : La problématique de la crue de dimensionnement est un point particulièrement sensible du projet de barrage, de par le critère incertain et probabiliste des valeurs retenues. Le choix du type est directement dépendant de cette problématique. Les barrages en béton peuvent supporter sans dommages excessifs un éventuel dépassement des débits de dimensionnement et donc un déversement par-dessus le couronnement. Par contre le déversement par-dessus le couronnement des barrages en remblai serait catastrophique et pourrait conduire à la ruine de l’ouvrage et à des dégâts considérables à l’aval.

Page 21

Page 22

I.

Introduction : Les barrages en terre peuvent être constitues par des matériaux de caractéristiques très

diverses, à la différence des barrages en béton ou même en enrochement dont les matériaux constitutifs restent contenus dans des fourchettes beaucoup plus étroites. Si on compare d’une manière générale les barrages en béton avec les barrages en remblai, ces derniers présentent les avantages suivants : 

Les conditions géologiques et topographiques sont moins déterminantes ;



Moins d’installation et d’équipements sophistiqués mais avec le même soin.



Peu sensible aux tassements et aux séismes. Les barrages en remblai, utilisés comme ouvrage de protection contre les crues le long des

rivières ou comme barrages d’accumulation, comptent parmi les ouvrages de génie les plus anciens dans l’histoire de l’homme. En effet, on retrouve les traces de tels barrages vieux de plus de 2000 ans Inde, au Sri Lanka, au Yémen et en Chine. Bien que des milliers de barrages en remblai aient été construits au cours des siècles avant l’époque de l’industrialisation, les méthodes analytiques pour les problèmes de stabilité sont très récentes. On peut Illustrer par quelques dates le développement historique de la technique de construction des barrages en remblai : 1907 Bassel

Propose que la base d’une digue doive être suffisamment large pour mobiliser le frottement ; il propose un coefficient de sécurité de 10.

1926

von Publie un livre sur les principes de la mécanique des sols ; il introduit pour la

Terzaghi

première fois l’effet de la pression interstitielle et les critères de l’érosion interne.

1926

Propose une méthode de calcul pour la stabilité de pentes basée sur des cercles de

Fellinius :

glissement (et les théories de Terzaghi).

1933

Suggère que les pentes de digues doivent varier entre 1 :2 à 1 :4 selon les conditions

Proctor :

de fondations ; il propose un concept de teneur en eau optimale pour le compactage.

1954/55

Publient des méthodes analytiques pour le calcul de la stabilité des digues qui sont

Janbu

et utilisées encore aujourd’hui.

Bishop Page 23

II.

Les barrages en remblai à noyau centrale : 1. Introduction : Ce type de barrage est le plus répandu des barrages en terre. Il consiste en deux corps d'appui

amont et aval qui garantissent la stabilité du noyau central situé entre les deux, lequel constitue l’élément étanche. La protection des parements amont et aval est nécessaire contre l’action érosive des vagues et de pluie. Les corps d’appui sont généralement constitués d’enrochements, mais peuvent aussi être formés de terres. La solution du noyau central est choisie si l’on dispose à proximité du site d’un matériau naturel très peu perméable, soit des limons argileux (k=10-8 m/s), soit des terres de moraines (k=10-6 à 10-7 m/s).

Figure 1 : Barrage en remblai avec noyau central en terre

Lorsque la roche de fondation est compétente, c’est-à-dire peu déformable, imperméable et résistante à l’érosion interne, le noyau peut être relativement mince. A la base, le gradient hydraulique ne devrait pourtant pas être supérieur à 3. Ces noyaux minces sont peu pénalisants pour la stabilité des digues, ce qui est avantageux. Les pentes amont et aval du barrage dépendent surtout des matériaux constituant les corps d’appui. Le noyau et les corps d’appui doivent être séparés par des filtres et si nécessaire des zones de transition. Les filtres jouent un rôle d’importance primordiale : a) Ils permettent d’éviter la migration du noyau vers le corps d’appui en cas d’abaissement rapide du niveau d’eau dans la retenue ; b) Ils produisent un effet de colmatage en cas d’apparition de cheminement de percolation préférentiel à travers le noyau. Page 24

Figure 2 : Filtre d’une digue

Tandis que le noyau consiste en un matériau cohésif et peu perméable, le filtre est non-cohésif et relativement plus perméable. Ces différences de caractéristiques doivent répondre aux critères de filtration. Le noyau et les corps d’appui ont un comportement au tassement très différent. Un excellent compactage du noyau est nécessaire pour éviter que celui-ci ne s’accroche au corps d’appuis pendant le processus de consolidation. Si tel était le cas, il pourrait se produire un phénomène de fissuration hydraulique du noyau. L’avantage du barrage à noyau central est sa capacité de tolérer un tassement du sous-sol. Ces barrages peuvent être fondés sur le terrain meuble. Une excavation jusqu’au rocher sain n’est pas toujours nécessaire. Si le barrage est fondé sur un matériau meuble, le noyau doit être plus épais pour diminuer le gradient hydraulique. En outre le terrain meuble au-dessous du noyau doit être rendu étanche par des injections jusqu’au rocher peu perméable.

2. Matériaux de construction : a. Choix des matériaux : Le choix des matériaux de remblai constitue un des points essentiels dans la planification d’un barrage en remblai. Les matériaux devront impérativement satisfaire les conditions suivantes : Qualité -

Non organique

-

Non altérable

-

Extraction transport et lise en place possible

-

Compactage possible Page 25

-

Résistance au cisaillement ɸ et cohésion c élevées Disponibilité en quantité et qualité suffisante à proximité du site Economie Les exigences sur les propriétés physiques des matériaux dans les différentes zones du barrage

sont présentées sur la figure ci-après :

Figure 3: les propriétés physiques des matériaux dans les différentes zones du barrage.

b. Granulométrie et dimensionnement des filtres : Noyau : Les noyaux ont une granulométrie qui s’étend des argiles aux sables. L’indice de plasticité Ip=WL-WP est élevé. Pour garantir une faible perméabilité, la teneur en argile doit être en minimum 5% en cas des limons argileux. Souvent des matériaux morainiques sont utilisés à la place des limons argileux. Ces matériaux sont utilisables au cas où ils se composent de plus de 15% de limons et plus de 2% d’argiles. Corps d’appui : Comme matériaux des enrochements non cohésifs de provenance des : -

Formations alluvionnaires Moraines Carrières Page 26

-

Excavations des galeries

Sont utilisés. Une granulométrie étendue des limons aux graviers est favorable. Le diamétre maximum est limité par l’épaisseur des couches de compactage : Dmax≤

hauteur de la couche

Dmax ≤ 60 à 80 cm En augmentant la hauteur de la couche, le compactage devient plus délicat. Les fuseaux granulométriques du matériau du noyau A (cohésifs) et du matériau des corps d’appui B (non-cohésifs) sont représentés sur la figure 3

Figure 4 : fuseaux granulométrique des matériaux de construction

filtres Le rôle du filtre est d’empêcher   

La suffusion par le transport de matériaux à l’intérieur du filtre L’érosion par l’échange des matériaux à la frontière du filtre Le colmatage à la surface du filtre

Un filtre est toujours inévitable comme zone de transition entre des matériaux cohésifs et noncohésifs. Pour éviter la migration des grains fins vers la zone grossière, des critères de construction du filtre sont pris en considération. Les plus couramment utilisés ont été définis par Terzaghi-peck comme suit : 

D15, filtre> 5D15,noyau



D15, filtre< 5D85,noyau



D50, filtre> 25D50,noyau Page 27

Une représentation graphique de ces critères est donnée sur la figure ci-dessous :

Figure 5: courbe granulométrique du noyau et du filtre, et critères du filtre.

III.

Comportement des barrages en remblai:

Trois phases principales se distinguent pour analyser le comportement d’un barrage en remblai :

1. Phases de construction : Les matériaux sont mis en place par couches successives. On observe immédiatement :  

Des tassements verticaux importants dus à l’augmentation du poids pendant le remblayage; Des déformations latérales dues à la compression verticale. Fiure 6: tassement des barraes en remblai.

Les tassements sont composés au fur et à mesure par les nouvelles couches de remblai, sauf sur les parements. La surface initiale doit tenir compte de cet effet. Ces déformations peuvent être influencées par le compactage qui est nécessaire pour éviter le cisaillement interne des matériaux.

Page 28

Comportement du noyau pendant la construction : La partie z déjà en place est tassée à cause de la surcharge (H-z)*γ. la déformation d’une couche est donnée par :

ε=

*

l

Donc le tassement vaut :

δr =

γ : poids spécifique du remblai Er : module de déformation du remblai qui n’est pas connu en principe mais peut être estimés à partir des mesures de déformation. La distribution des tassements en fonction de la hauteur de la digue est parabolique :

Z =0

δr=0

Z =H

δr=0

Z=

δr=

*

Page 29

Cette relation est théorique puisque le module de déformation n’est pas constant sur la hauteur de la digue en réalité, et la charge est triangulaire.

2. Phase de consolidation : Elle commence dès la mise en place, mais s’achève des années après la fin de la construction. Pendant la construction les matériaux, s’ils sont peu perméables (k Pas d’interaction entre les tranches

La force tangentielle T a tendance à entrainer le glissement ; elle est motrice : Tn est la composante tangentielle du poids de toute la matière contenue dans la tranche, (sol+eau). Pour calculer Tn on utilise la densité saturée pour la portion situé sous la ligne phréatique et humide pour la partie située au-dessus. La force N est stabilisatrice : en effet N mobilise le frottement interne, elle crée une force résistante Ntgϕ opposée à T. Dans un milieu saturé seules les forces inter granulaires sont susceptibles de mobiliser un frottement. N est donc la composante normale du poids immergé c.à.d. le poids calculé à partir de la densité saturée diminuée de 1 appelée N’, R le rayon du cercle de glissement. Le moment des forces résistantes est la somme de celui des forces de frottement et de celles de cohésion :  Il s’écrit Ʃ (N’tgϕ) + Ʃ(c*dl) R= (ƩN’tgϕ+ cl) R  Le moment des forces motrices s’écrit alors : Ʃ TR= R ƩT  Le coefficient de sécurité f= Ʃ (N’tgϕ+ cl)/ ƩT Variante : On omet la simplification de l’hypothèse 3 et on tient compte de la pression interstitielle. N engendre sur dl une pression totale moyenne N/dl. 

Le coefficient de sécurité devient :

f= (Ʃ (N-ρdl)*tgϕ+ cl)/ ƩT ii.

Méthode de Bishop :

Données pour la méthode de Bishop : Au niveau de chaque tranche :

Cela signifie qu’il y a

interactions tangentielles, mais pas normales, et que la pression interstitielle est systématiquement tenue en compte. 

Le coefficient de sécurité est alors :

f= (((N-ρdl)*tgϕ+ cdl)mx)/ ƩT Avec: _ mx un coefficient différent pour chaque tranche et en fonction de f : mx =cos(1+(tgtgᵩ)/f) _ l’angle entre l’élément dl et l’horizontale

Page 34

Résultat : Le calcul s’opère alors par itérations successives, la première valeur est donnée par Fellenius puis le résultat est introduit dans le calcul par Bishop ce qui donne une nouvelle valeur plus fine. La méthode de Bishop étant plus rigoureuse que Fellenius nécessite plus de calcul (3 à 4 itérations). Les coefficients de sécurité obtenus sont en général un peu plus élevés. Le plus souvent pour éviter d’alourdir exagérément la masse de calcul, on détermine le cercle critique par la méthode de Fellenius et on vérifie que la valeur du facteur de sécurité calculé par la méthode de Bishop est supérieure à la valeur du coefficient de sécurité calculé par la méthode de Fellenius. Si ce n’est pas le cas, il faut reprendre la recherche du cercle critique par la méthode de Bishop.

b. Méthodes de surface de glissement quelconque : i.

Méthode de Morgenstern-Price 1965 :

Dans cette méthode, on suppose que la direction des forces entre les tranches est définie par une fonction mathématique arbitraire : Avec : T: composante verticale de la réaction inter-tranche ; E: composante horizontale de la réaction inter-tranche ; f(x) : fonction définissant la forme de la ligne d’action dans la zone de rupture potentielle, x: étant la coordonnée horizontale. λ : paramètre déterminant la position de la ligne d’action des forces inter-tranches (varie entre 0 et 1)

La figure 9 montre les fonctions typiques de f(x). Dans la première itération, les forces de cisaillement verticales sont égales à 0. Les coefficients de sécurité sont obtenus par la détermination de deux séries de coefficients de sécurité pour divers valeurs de λ. La première série correspond à l’équilibre des moments et la deuxième à l’équilibre des forces. Ces coefficients de sécurité sont mis en graphique en fonction de x par rapport à chaque λ. Le point d’intersection satisfait les deux conditions d’équilibre. Cette méthode est précise, mais demande une certaine pratique pour donner le bon f( x). En générale cette méthode : 

Considère les deux forces inter tranches,



Suppose une fonction des forces inter-tranches f (x),



Permet la sélection de la fonction des forces inter tranches,

A l’aide des logiciels, les surfaces de glissement critiques peuvent être trouvées assez facilement.

Page 35

Figure 9 : les fonctions typiques de f(x).

3. cas de charges : On distingue entre : 

Cas de charges normales (CN)



Cas de charges spéciales (CS)



Cas de charges exceptionnelles (CE)

 Pendant la construction : Mise en charge de la digue pendant les crues (la hauteur finale de la digue n’est pas encore atteinte). (CS)  Fin de la construction : Tremblement de terre à lac vide : les pressions interstitielles dans le noyau sont maximales au moment où les remblais viennent d’être achevés. (CE)  Exploitation (sans tremblement de terre) :

Lac plein à niveau normal (CN) Lac plein à niveau exceptionnel pendant les crues. (CE) Abaissement normal (selon l’utilisation de la retenue) (CN) Abaissement rapide (CE) : Page 36

C’est un cas de charge pour lequel on admet que l’eau doit être évacuée par tous les organes disponibles ouverts, au maximum, et sans considérer un apport naturel. Ce cas de charge peut se produit par :  Une action volontaire pour éviter un autre risque (instabilité des rives, bombardements etc …).  Une fausse manœuvre,  Le sabotage des organes de vidanges.

 Exploitation avec tremblement de terre :

 Lac plein à niveau normal  Lac plein et abaissement normal  Un abaissement rapide e un tremblement de terre ne sont pas combinés normalement.

Coefficients de sécurité : Selon DIN 4084 les coefficients de sécurité doivent être observés : -

Cas de charge normal :

F>1.40

-

Cas de charge spécial :

F>1.30

-

Cas de charge exceptionnel : F>1.20

Le facteur de sécurité est défini dans la plupart des méthodes de tranches par le rapport :

Les valeurs des matériaux à la fin de construction doivent être utilisées en considérant la variation des essais (+- écart type).

4. Angle des talus : Le calcul de stabilité détermine les angles des talus nécessaires. Ils sont avant tout une fonction du matériau utilisé et le système d’étanchéité choisi. Le tableau 1 donne quelques indications pour le pré dimensionnement des digues.

Page 37

Matériaux de remblai Elément étanche

Pente amont

Pente aval

Noyau central

1 :1.80

1 :1.8

Noyau incliné

1 :2.10

1.1.80

Masque amont

1 :1.50

1.1.40

Alluvions

Noyau central

1.2.00

1.2.00

perméables

Noyau incliné

1 :2.30

1.2.00

Digue fines

Noyau central

1 :3.00

1.2.50

Noyau incliné

1 :3.00

1.2.50

(corps d’appui) Enrochements

Digue homogène

1 :3.00

1.3.00

Tableau 1 : pré-dimensionnement des digues

5. Sécurité en cas de séisme selon analyse pseudo-statique : L’effet de séisme est considéré en introduisant des forces horizontales sur les tranches.la force horizontale dépend de l’accélération de la masse considérée. C’est-à-dire de la réponse en direction horizontale du tremblement de terre. On parle donc de la méthode pseudo-statique. Avec cette méthode on n’arrive souvent pas à garantir une sécurité suffisante (Fs=1.20) au glissement des surfaces de rupture critique. En pratique, on accepte des déformations et tassements limités dues aux instabilités pendant des tremblements de terre.

Etude comparative entre les différentes méthodes : Toutes les méthodes présentées dans le paragraphe précédent sont basées sur l’équilibre limite, elles introduisent des hypothèses supplémentaires de calcul pour annuler l’indétermination statique du problème. De plus quelques-unes de ces méthodes n’utilisent pas toutes les équations d’équilibre statiques disponibles. La méthode Fellenius néglige les forces qui existent entre les tranches, en les considérants parallèles à chaque tanche entre elles. Par conséquent le principe d’égalité qui existe entre les actions et les réactions aux frontières entre les tranches n’est pas satisfait. La méthode de Bishop quant à elle, satisfait les l’équilibre global des moments et l’équilibre des forces intertranches dans la direction verticale pour chaque tranche. Page 38

En ce qui concerne la méthode Morgenstern-Price, elle satisfait toutes les conditions d’équilibre statique pour chaque tranche ainsi que l’équation des moments et l’équation des forces dans la direction horizontale pour l’ensemble de la masse qui glisse. L’évaluation et la comparaison entre les différents facteurs de sécurité donnés par les différentes méthodes ultérieures montre que : Quand la surface de glissement est fortement inclinée au pied du talus, le choix de la méthode doit se faire de telle sorte qu’elle donne une distribution correcte des forces inter tranches. Les autres méthodes qui ne satisfont pas toutes les conditions d’équilibre peuvent (méthode ordinaire de tranches) être très imprécises. Le facteur de sécurité f, déterminé à partir de l’équilibre des forces est plus sensible aux hypothèses faites sur les forces de cisaillement inter-tranches que le facteur de sécurité Fm déterminé par les moments d’équilibre. Pour cette raison, il est préférable d’utiliser une méthode d’analyse où le moment d’équilibre est satisfait. Les méthodes qui satisfont toutes les conditions d’équilibre (forces et moments) telles que celle de Morgenstern et Price donnent des résultats précis. Dans ce qui suit la méthode de Morgenstern-Price sera utilisée dans le calcul de stabilité sur Slope/w.

5. Géo-Slope : Géo-Studio est un logiciel de calcul géotechnique permettant de traiter les différents problèmes du sol comme le glissement des terrains, le tassement, la consolidation, les infiltrations des eaux dans le corps de la digue d'un barrage et d'autres problèmes liés à la géotechnique. Plusieurs programmes sont intégrés dans la fenêtre générale du logiciel:  SLOPE/W: Permet de calculer le coefficient de sécurité d'un talus naturel ou artificiel par les méthodes d'analyses classiques.  SEEP/W: Permet de calculer les infiltrations des eaux (Par la méthode des éléments finis).  SIGMA/W: Permet d'analyser les problèmes de la relation contraintes/ déformations (Par la méthode des éléments finis).  QUAKE/W: Permet de définir le comportement d'un terrain sous l'effet d'un séisme (Par la méthode des éléments finis).  TEMP/W: Permet d'analyser les problèmes Géothermique du sol (Par la méthode des éléments finis)... et autres logiciels. Page 39

Dans le présent travail, seul SLOPE/W parmi tous ces programmes sera utilisé. Le programme SLOPE/W est l'un des programmes intégrés dans la fenêtre du GéoStudio et qui est basé sur la théorie de l'équilibre limite dans le calcul du coefficient de sécurité des pentes. L'élaboration de ce programme permet d'analyser facilement à la fois des problèmes simples et complexes de stabilité de pente en utilisant une variété de méthodes pour calculer le coefficient de sécurité. Ce programme est de type graphique et compatible avec les versions de Microsoft Windows XP. L'interface du logiciel SLOPE/W: Les menus disponibles et la fonction de chacun sont les suivants:

Figure 10 : Menus disponibles sur Slope/W de Geostudio

File: Ouvre et enregistre les fichiers, les importations des photos et imprime le dessin. Edit: permet de copier le dessin dans la Presse-papiers du Windows. Set: définir les paramètres de la grille, le zoom, les axes et de la page. View (aperçu): Options d'affichage des contrôles, des informations des sols et des points, et nous permet aussi d'afficher les forces inter-tranche sur un schéma corporel de chaque tranche et le polygone force. Keyin (menu): Permet d'introduire automatiquement à l'aide de tableaux les paramètres géométriques de la pente (coordonnées et couches), les caractéristiques mécaniques des différentes couches constituant le talus, les conditions complémentaires nécessaires pour le calcul, le niveau de la nappe, la sélection des différentes méthodes de calcul, les surcharges, l'effort sismique et les confortements. Draw (dessin): permet d'introduire manuellement les paramètres géométriques de la pente (coordonnées et couches), des conditions complémentaires nécessaires pour le calcul, le niveau de la nappe, les surcharges et les confortements. Sketch (croquis): permet de définir les objets graphiques, d'étiqueter, d'améliorer et de clarifier les résultats du problème. Modify (modifier): Permet de déplacer, de modifier ou de supprimer les objets graphiques, les textes et les photos.

Page 40

.

Ce chapitre est consacré à effectuer une application sur l’étude de stabilité d’un barrage à l’aide de Géo-Slope. L’étude menée a concerné principalement le calcul de stabilité du barrage Kharroub en remblai homogène. Les calculs qui se sont effectués sur le logiciel Slope /W en utilisant la méthode de Morgenstern-Price ainsi que par la méthode des éléments finis sur un outil approprié ont montré que la digue est stable pour des fruits bien précis et suivants des caractéristiques géotechniques à respecter éventuellement lors de la construction. Le calcul par éléments finis quant à lui a montré que le barrage résisterait à un séisme de 0.14g.

Page 41

I.

Introduction : Le projet Barrage Kharroub entre dans le cadre du Marché d’étude n° 08/2011/DAH confié par le

département de l’Eau, du Ministère des Mines, de l’Energie, de l’Eau et de l’Environnement - Rabat, au Bureau d’Etudes NOVEC, correspondant à la conception d’un barrage de stockage sur l’oued Kharroub dans la wilaya de Tanger. Assilah se situe dans l’une des régions les plus arrosés au Maroc, alors Le Plan Directeur d’Aménagement Intégré des Ressources en Eau (PDAIRE), dans le bassin versant de l’Oued El Loukkos, a jugé la construction d’un barrage comme solution adéquate aux problèmes des crues que la région peut connaitre ainsi que pour l’alimentation en eau potable. Les barrages, surtout en remblai sont exposés au risque de rupture qui est certes assez rare mais quand elle arrive, les conséquences peuvent être catastrophiques et occasionner des dommages considérables sur les hommes et les biens. C’est dans ce cadre que s’inscrit l’objectif de ce chapitre à savoir: le calcul de stabilité à l’aide de Géo-Slope du barrage Kharroub en remblai homogène dans la Wilaya de Tanger.

II.

Situation géographique : Le barrage Kharroub se situe sur l’oued Kharroub dans la Wilaya de Tanger à environ 22Km à

l’Est de la ville d’Asilah, et à environ 9Km à l’Est du village Arba Ayacha (Voir carte 1). On y accède à partir du village Arba Ayacha en empruntant la route vers l’Est partant de la route principale P37 (route de My Abdessalam), après 9Km environ, on prend la piste vers le douar Khendek – Hamar. Le site se trouve à 1,5 Km environ au Nord-Est de ce douar. Le site est identifié sur la carte topographique de l’Arba Ayacha au 1/50 000 et a pour coordonnées Lambert suivantes: X = 465 273 Y = 534 680.

Page 42

Carte 1 : Carte topographique d’Asilah 1/ 50 000

Page 43

III.

Etude du barrage kharroub: 1. Description du barrage : Le barrage kharroub, a un profil triangulaire, dont le corps est réalisé en alluvions fines. Il a

une hauteur maximale sur fond de fouille de 56m, une largeur en crête de 8m, une longueur en crête de 900m environ et un volume total de l'ordre de 6.3 millions de m3. La retenue du barrage au niveau normal occupe une aire de 11km2, elle se développe Intégralement dans des formations limono argileuses à galets d’alluvions grossières du villafranchien, ainsi que de la marne et du marno-calcaire crétacé. Cela explique le grand volume stocké (à retenue normale) 185Mm3 avec une tranche morte en 50 ans de 23Mm3. Le barrage serait fondé principalement sur de la pélite à rares blocs de calcaire gréseux.( voir figure 11). 2. Vue en plan du barrage Kharroub : Le plan suivant représente la vue en plan du barrage Kharroub et ses ouvrages annexes: Axe principal du barrage qui d’étale sur une longueur en crête de 900 m ; Axe du batardeau amont ; Axe de la galerie de vidange de fond ; Axe de la galerie de l’évacuateur de crues en tulipe ; Fruits amont et aval (4.8H/1V amont et 4.5 H/ 1V aval)

Figure 12 : Vue en plan du barrage Kharroub en remblai homogène

Page 44

Figure 11 : Coupe Type du barrage kharroub

Page 45

3. Bassin versant : Le site projeté contrôle un bassin versant de 191 Km2 qui culmine à 1065 NGM. L’oued prend naissance à 16.5 Km environ en amont de la zone du projet, avec une dénivelée de 1025 m entre le début du réseau hydrographique et la zone du site du barrage (exutoire). L’oued Kharroub en traversant ce bassin versant atteint une pente de 2 % en moyenne. Géologie du Bassin versant : (Voir carte géologique du bassin versant) La majeure partie du bassin versant est située dans le domaine externe, notamment l’unité de Tanger externe, formée de marne et marno-calcaire attribués au Crétacé supérieur. Vers les bordures du bassin, les nappes de flyschs sont représentées surtout par la nappe du grès Numidien d’âge Oligocène-Aquitanien et un seul affleurement de la nappe de Béni Ider, d’âge Eocène-Oligocène dans l’extrémité Nord de ce bassin versant. Les terrains de couverture se résument à des faciès dunaires du Villafranchien, des éboulis de pente et des alluvions du Quaternaire.

Carte 2 : carte géologique du bassin versant

Page 46

IV.

Etude de stabilité du barrage: L’étude de stabilité d’un barrage en terre est celle de la stabilité de son talus amont et de son talus

aval sur la fondation. La présente partie a pour objet l’étude de la stabilité au glissement des parements amont et aval du barrage principal. Les calculs de stabilité ont été effectués en considérant des coupes perpendiculaires aux axes des digues, correspondant aux hauteurs maximales en fond de vallée, tout en se basant sur les données géomécaniques et en utilisant les méthodes des équilibres limites. Dans ce qui suit les résultats seront donnés par la méthode de Morgenstern-price. La méthode de rupture choisie est la rupture circulaire. 1. Paramètres géotechniques : Les matériaux de fondation du site de la digue principale Kharroub sont dominés de pélites altérée à rares blocs .La direction globale de la stratification des couches du substratum est rive-rive, avec un pendage moyen à fort généralement vers l’amont. Le fond de vallée est tapissé d’alluvions grossières à éléments de grés numidien au-dessus du substratum pélitique. La zone de la digue de col située au large de la rive gauche, montre un substratum pélitique remanié en surface. Plusieurs essais ont été réalisés pour la reconnaissance des caractéristiques géotechniques des matériaux de la fondation. En effet, des sondages de reconnaissances ont été réalisés le long de l’axe de la digue. (voir figure 13)



Pour les pélites :

Les sondages donnent les résultats suivants pour les pélites :  Densité : une moyenne de 2.45 (t/m3), avec un minimum de 2.22 (t/m3) et un maximum de 2.64 (t/m3).  Angle de frottement résiduel : une moyenne de 22.33° avec un minimum de 19° et un maximum de 28°.

 Cohésion résiduel: une moyenne de 11.33 kPa avec un minimum de 8 kPa et un maximum de 16°. Page 47

Dans la suite des calculs et compte tenu de l’aspect hétérogène de la fondation, on procèdera à une étude de sensibilité portant sur l’angle de frottement et la cohésion de la fondation. Les valeurs suivantes sont retenues pour cette étude : 

Angle de frottement : 20 – 25°.



Cohésion : 0 – 5 – 10 KPa.



Densité : 2.4 t/m3.

Quant aux matériaux de construction nous retenons les valeurs suivantes : 

Noyau : γ = 2 t/m3, φ’= 25° et C’= 5 kPa.



Recharges : γ = 2.4 t/m3, φ’= 25 - 30° et C’= 0 kPa. γh (t/m3)

φ’ (°) valeur de base

C’ (t/m²) Valeur de base

Paramètres variables

Variation

Noyau

20

25

0.5

-

C’= 0, 0.5

Recharges

24

25

0

φ’

φ’ = 25° et 30°

Matériau

C’ Fondation

20

20

C’= 0, 0.5 et 1t/m²

0 φ’

φ’ = 20° et 25°

2. Calcul de stabilité : a. Profil examiné : La stabilisation de la digue principale dont la taille correspond à une retenue normale de 85 NGM, avec une crête calée à 90 NGM, a conduit à adopter deux bermes, l’une à l’amont de 25m de largeur à la cote 60 NGM et l’autre à l’aval de 20 m calée à 50 NGM. Le profil du barrage se caractérise par un fruit amont de 4.8 H / 1 V et un fruit aval de 4.5 H/1V. La stabilité sera calculée sur tous les cas de charge et tenant compte des caractéristiques géotechniques présentées auparavant. Une sensibilité sera effectuée sur la cohésion du remblai, en effet, le remblai utilisé est composé d’un mélange homogène d’éléments fins argileux dont la cohésion varie de 0 à 20 KPa.

Page 48

Figure 13 : Coupe géologique du site du barrage Kharroub.

Page 49

b. Résultats :

Parement Amont (RN=85 NGM) Cas de charge

Régime permanent (RN) sans séisme

Régime permanent (RN) avec séisme de 0.14 g

φ' fondation. (°)

C’ fondation. (KPa) 0

5

10

20

2.33

2.38

2.43

25

2.72

2.76

2.80

20

2.5

2.55

2.60

25

2.95

3

3.05

20

0.99

1.01

1.03

25

1.15

1.17

1.19

20

1.06

1.09

1.11

25

1.25

1.27

1.30

20

1.39

1.42

1.42

25

1.42

1.42

1.42

20

1.46

1.49

1.52

25

1.76

1.76

1.76

20

1.58

1.58

1.58

25

1.58

1.58

1.58

20

1.96

1.96

1.96

25

1.96

1.96

1.96

20

1.35

1.35

1.35

25

1.35

1.35

1.35

20

1.43

1.45

1.47

25

1.67

1.67

1.67

φ' Alluvions=25°

φ' Alluvions=30°

φ' Alluvions=25°

φ' Alluvions=30°

φ' Alluvions=25° Vidange rapide sans séisme φ' Alluvions=30°

Fin de construction Ru (noyau)=0.5 Ru (remblai)=0.3

Barrage vide avec séisme de 0.14 g

φ' Alluvions=25°

φ' Alluvions=30°

φ' Alluvions=25°

φ' Alluvions=30°

Page 50

Parement Aval (RN=85 NGM) Cas de charge

Régime permanent (RN) sans séisme

Régime permanent (RN) avec séisme de 0.14 g

Fin de construction Ru (noyau)=0.5 Ru (remblai=0.3

φ' fondation. (°)

C’ fondation. (KPa) 0

5

10

20

1.81

1.84

1.87

25

2.14

2.17

2.20

20

1.95

1.98

2.01

25

2.29

2.32

2.35

20

1.01

1.04

1.06

25

1.21

1.23

1.25

20

1.08

1.10

1.13

25

1.29

1.31

1.33

20

1.48

1.48

1.48

25

1.48

1.48

1.48

20

1.83

1.83

1.83

25

1.83

1.83

1.83

20

1.27

1.27

1.27

25

1.27

1.27

1.27

20

1.40

1.42

1.43

25

1.58

1.58

1.58

φ' Alluvions=25°

φ' Alluvions=30°

φ' Alluvions=25°

φ' Alluvions=30°

φ' Alluvions=25°

φ' Alluvions=30°

φ' Alluvions=25° Barrage vide avec séisme de 0.14 g φ' Alluvions=30°

NB : l’étude est conduite avec un coefficient sismique de 0.14g.

Page 51

Pour les coefficients de sécurité des deux parements à savoir amont et aval les résultats sont comme suit:

Parement Amont (RN=85 NGM) Cas de charge

Moyenne des coefficients de sécurité

φ' Alluvions=25°

2.57

φ' Alluvions=30°

2.73

φ' Alluvions=25°

1.09

φ' Alluvions=30°

1.18

φ' Alluvions=25°

1.41

φ' Alluvions=30°

1.62

φ' Alluvions=25°

1.58

φ' Alluvions=30°

1.96

φ' Alluvions=25°

1.35

φ' Alluvions=30°

1.56

Régime permanent (RN) sans séisme

Régime permanent (RN) avec séisme de 0.14 g

Vidange rapide sans séisme

Fin de construction Ru (noyau)=0.5 Ru (remblai)=0.3

Barrage vide avec séisme de 0.14 g

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Parement Aval (RN=85 NGM) Cas de charge

Moyenne des coefficients de sécurité

φ' Alluvions=25°

2.00

φ' Alluvions=30°

2.15

Régime permanent (RN) avec séisme de 0.14 g

φ' Alluvions=25°

1.13

φ' Alluvions=30°

1.20

Fin de construction Ru (noyau)=0.5 Ru (remblai)=0.3

φ' Alluvions=25°

1.48

φ' Alluvions=30°

1.83

φ' Alluvions=25°

1.27

φ' Alluvions=30°

1.5

Régime permanent (RN) sans séisme

Barrage vide avec séisme de 0.14 g

c. Intérprétation :

Parement amont: Les valeurs de sécurité correspondant à un fruit initial de 4.8H/1V, comportent une certaine marge de sécurité à partir de la cohésion 15KPa du remblai, c’est pour cela il est retenu pour la version finale des plans de construction, vu la taille du barrage étudiée. L’intervalle de sécurité laissé est une méthode pour se préserver d’éléments imprévisibles qui pourraient apparaître à l’ouverture des fouilles. Parement aval : En comparant les résultats avec les facteurs de sécurité requis, il s’avère qu’ils sont tous acceptables voire laissent une marge grande de sécurité. Page 53

Résultats du calcul de stabilité du parement amont en régime permanent avec séisme (Digue principale) :

Résultats du calcul de stabilité du parement aval en régime permanent avec séisme (Digue principale) :

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3. Calcul dynamique pour un séisme de 0,14g : Le calcul dynamique par éléments finis à l’occurrence d’un séisme de 0,14g pendant 5 secondes a montré que le barrage Kharroub est stable et que la digue se déformerait de 9mm après le séisme. La déformation se focalise au niveau de la crête et le vecteur de déformation est vers l’aval. Les 9 mm de déformation sont acceptables.

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Ainsi, ce stage m’a été une véritable expérience professionnelle, qui m’a permis non seulement de découvrir l’univers de l’entreprise et de tester mes capacités de futur ingénieur, mais également de me familiariser avec un nouvel environnement de travail plein de dynamisme et d’endurance, telle que celle de NOCEV. On aura donc vu que l’étude de stabilité d’un barrage est une phase importante et nécessaire qui doit précéder toute mise en œuvre d’un projet de construction d’un barrage puisqu’il permet l’identification de son comportement pour les différents stades et sous différentes types de charges, à savoir :  Pendant la construction;  Fin de construction;  Barrage en cas de vidange rapide;  Barrage vide sans séisme;  Barrage vide avec séisme;  Barrage au niveau des PHE (Plus Hautes Eaux). Et ce, pour faire face aux majeurs problèmes de tassements et de glissement qui risquent de contraindre la réalisation d’un barrage, afin d’en anticiper les remèdes et les solutions convenables assurant à la fois le bon dimensionnement des ouvrages à supporter et une meilleure adaptation au milieu d’implantation du projet.

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http://fr.slideshare.net/tajmourad/cours-barrages-procedesgenerauxdeconstruction http://www.geo-slope.com/

Barrage : du projet à la mise en service. Barrage : conception et maintenance.

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