Mémoire Hydraulique - Barrage en terre

5/19/2018 Mmoire Hydraulique - Barrage en terre

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Rapport de mmoire

Ouvrages hydrauliques

Elabor par :

Amal HENTATI

Brahim OUERGHI

Donia KHELIFA

Hassine SOUFI

3GC2


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Introduction

Les barrages sont des ouvrages en terre ou en bton tablis au travers dun lit de cours

deau entre lamont et laval. Ils servent lalimentation en eau potable, la production

dnergie lectrique et lirrigation des cultures.

Les crues sont des phnomnes exceptionnels. Elles peuvent tre dcennales, centennales

ou millnaires. Elles surviennent lorsque les affluents dun cours deau grossissent en mme

temps cause de fortes pluies. Ainsi le cours deau dborde de son lit pour inonder ce quon

appelle le lit majeur.

Ces crues peuvent provoquer des dgts sur la digue et sur les rgions avoisinantes do

la ncessit dinstallation dun vacuateur des crues.

Outre les dversoirs, des ouvrages dvacuation sont ncessaires pour extraire leau du

rservoir en continu. Les barrages sont gnralement rigs avec des ouvrages annexes tels

que : les ouvrages de prises et les ouvrages de vidange.

Cependant, les petits et moyens barrages sont trs souvent quips dune seule conduite,

en acier ou en bton.


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I.

Les barrages en terre :

La ralisation des barrages en terre homogne a connu un grand succs grce auxamliorations ralises dans le domaine des grands engins de terrassement. Ceci a permit de

rendre leur ralisation plus conomique que les barrages en bton mais sont souvent de moins

grande ampleur que les autres types de barrage. Un barrage en terre est souvent ralis avec

des matriaux collects proximits du site o il sera rig.

Les principaux paramtres prendre en compte dans le choix du site et du type de

barrage sont les suivants :

La topographie

les apports du bassin versant

La morphologie de la valle

Les conditions gologiques et gotechniques

Le contexte mtorologique et le rgime des crues

Les apports moyens en eau et leurs fluctuations saisonnires

Les caractristiques topographiques. Les risques sismiques

II.

Dimensionnement dunbarrage en terre :

Petit ou moyen barrage nest en rien synonyme de barrage sans risque; pour cela chacun des

lments de louvragene peut donc pas tre conu ou dimensionn de faon indpendante des

autres.

Pour llaboration dun barrage en terre, on doit respecter les mesures suivantes :

- le massif doit tre protg contre lenvasement;

- les contraintes doivent tre minimises sur les fondations et sur les terrains des rives ;

- les pentes des talus amont et aval doivent assurer la stabilit ;

- la ligne de saturation doit se trouver ultrieurement lintrieur du massif;


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- le terrain dassise ne doit avoir aucun passage prfrentiel, permettent aux eaux de cheminer

de lamont laval;

- la face amont doit tre protge contre laction des vagues et des corps flottants;

- le massif doit tre garanti contre le dbordement d aux vagues ;

- le talus du massif doit tre stable pendant la construction et pour toutes les conditions du

fonctionnement du barrage.

A.Dimensionnement de la digue [1]

a) La hauteur normale de la retenue :

i.

Prsentation des donnes :

La hauteur normale de la retenue correspond la capacit utile stocker. Cette

capacit est dtermine en tenant compte de la pluviomtrie annuelle donc les apports

annuels, du volume des besoins, du volume des pertes et de la tranche morte

correspondante aux dpts solides.

Nous disposons des donnes suivantes :

La rpartition mensuelle est comme suit :

Avec,

Et s= 688

s =8110

ii. Le traage des courbes :

2/*3/*)( 23

ZZZVss

ZZZSss

**)( 2


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Les donnes prsentes ci-dessus ont permis de tracer les courbes suivantes qui vont servir

ultrieurement lors de ltude de rgularisation:

iii. Ltude de rgularisation :

Ltude de rgularisation est laboutissement final de certaines tudes techniques ,elle

permet de faire le choix des dimensions optimales des ouvrages et de grer rationnellement la

capacit de la retenue .

Cette tude ncessite les donnes suivantes :

Les rsultats de ltude hydrologique,notamment les rpartitions mensuelles des

apports,de lvaporationet dautres pertes.

Les besoins en eau exprims lchelle mensuelle

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

v(z)

s(z)

v(z)=f(z)

s(z)=f(z)

02468

10121416

1820

Z=f v

0

5

10

15

20

0

8

98

189

2

3

28

90

82

108912

128

18

196392

221

02

2

8388

2

6

50

368892

02

58

z=f(s(z))

z


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La courbe hauteurscapacits de la retenue

La capacit maximale de la retenue : Veau1001857,11 m3

La courbe hauteurs-capacits

iv.

Le volume de la tranche morte :

Qsolide=A*S/s

Vsolide=Qsolide*d

En sommant le volume deau et le volume solide, et en passant par la courbe hauteurs-capacits, on aboutit calculer la hauteur normale de la digue

Vtotal= Veau + Vtranche morte =1119004,68m3

La hauteur normale de la retenue est H normale de la retenue=12,66 m

b)

La hauteur de la revanche:

La revanche est la tranche comprise entre la cte des plus hautes eaux et la crte de la digue.

Elle a pour fonction dassurer une protection contre les effets des vagues

H eau utile= 12,10 m

Vtranche morte=117147,57 m3


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c)

La hauteur de la crte :

La crte vite le dferlement de vagues formes par le vent lors de la crue donc la

hauteur de la crte dpend de la crue de dimensionnement considre.

Pour ce barrage, H crte +revanche = 2m

d) La hauteur de la digue

La hauteur de la digue est gale la hauteur normale de la retenue, majore de la charge

maximale au-dessus de seuil du dversoir de crue et la revanche

H digue=14,66m

e)

La largeur en crte :

La largeur en crte dune digue en terre doit tre assez suffisante pour quil nya pas de

circulation deau importante dans la digueprs de son couronnement.

Pour des ouvrages de hauteur suprieure 9 mtres, on adopte souvent une largeur en

crte gale 1/3 de la hauteur du barrage.

Lcrte

=4,89m

f)

La pente des talus :

La pente dun talus est le produit de la hauteur sur sa projection horizontale au sol. Elle

est fixe par les conditions de stabilit mcanique du massif et ses fondations. Pour

dterminer la pente des parements, on donne en gnral des pentes, qui paraissent optimales,

compte tenu de la nature des matriaux de construction et la hauteur du barrage.

Pour ce barrage, on adopte les pentes des talus suivantes :

1/2.5pour le talus amont

1/2.5pour le talus aval

g) Largeur de la base du barrage

La largeur de la base du barrage est dtermine comme suit :


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Lbase= 2*(2,5*Digue) + Lcrte

Lbase=78,19m

Le barrage en terre tudi aura les dimensions suivantes :

Dimensionnement dun barrage en terre


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III.

Prsentation des modles utiliss et des principaux

rsultats obtenus :

A.Introduction au logiciel :

Geostudio

Cest un logiciel de calcul gotechniquequi permet de traiter les diffrents problmes 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 problmes lis la gotechnique.

Plusieurs programmes sont intgrs dans la fentre gnrale du logiciel: SLOPE/W:Permet de calculer le coefficient de scurit d'un talus naturel ou

artificiel par les mthodes d'analyses classiques..

SEEP/W:Permet de calculer les infiltrations des eaux (Par la mthode des

lments finis).

SIGMA/W: Permet d'analyser les problmes de la relation contraintes /

dformations (Par la mthode des lments finis).

QUAKE/W: Permet de dfinir le comportement d'un terrain sous l'effet d'unsisme (Par la mthode des lments finis).

TEMP/W: Permet d'analyser les problmes Gothermique du sol (Par la

mthode des lments finis)... et autres logiciels.

B.Illustration des mthodes et des rsultats

a) SEEP :

SEEP / W est un programme largement utilis dans les modlisations numriques. Il

simule le rgime des eaux souterraines en utilisant une gomtrie matrielle utilisant les

conditions aux limites et les proprits des matriaux comme entres. SEEP / W a la capacit

de modliser la fois l'tat d'quilibre et les conditions des eaux souterraines transitoires.

On sen sert pour, par exemple, modliser les coulements travers les barrages, dans les

routes, travers les sites denfouissement, autour des rivires, etc.


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i.

Utilit

SEEP/W fonctionne grce des lments finis. Les lments finis, malgr un background

mathmatique complexe, sont relativement faciles utiliser, puisque tout fonctionne en

interface graphique. La premire tape consiste dessiner en 2D une section ou un plan quenous souhaitons modliser (grce un maillage), puis entrer les paramtres des matriaux, et

indiquer les conditions que nous dsirons imposer au modle (un dbit ou des charges de

pression) et le tour est jou. videmment, il y a quelques subtilits considrer lorsque le

problme se complexifie, mais les problmes complexes sortent du cadre du prsent cours.

ii. Etapes dexcution

Le menu de la figure 1 apparat. Il faut noter les noms donns aux boutons et y faire

rfrence tout au long de ce document. Puis il faut suivre les menus de SEEP/W un par un. Un

exemple danalyse est effectu en mme temps que les explications.

Barre menu de DEFINE

SET:AJUSTER LA PAGE DE TRAVAIL

Il sagit dabord de donner ltendu de la plage et son chelle.

Page : Entrer la largeur et la hauteur de la feuille.

Scale : Entrer lchelle. Idalement, entrer la mme chelle en horizontal et en vertical

(aprs cette tape, vrifier si notre chelle est correcte en cliquant sur le bouton grid, qui fait

apparatre le grid et actionne loption snap to point).

Axes : On nest pas obligs de dessiner des axes, mais a peut aider reprer les points pour

le dessin et pour lanalyse. On peut suivre les coordonnes de notre curseur en temps rel


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grce ltiquette attache au pointeur de souris (si le bouton coordonnes est activ) ou en

regardant le tableau en bas droite.

KEYIN :ENTREE DES PARAMETRES DE CONVERGENCE ET DES PROPRIETES DES SOLS

ANALYSIS SETTINGS:Nous entrons le nom de notre projet dans longlet Project ID. Longlet

Type sert indiquer si notre problme sera analys en rgime transitoire (dpendamment du

temps, on indique alors les paramtres temporels dans longlet Time) ou en rgime permanent

(systme lquilibre). La version estudiantine ne permet que les analyses en permanent.

Dans longlet Control, on indique le sens de la gravit. Cest longlet Convergence qui nous

intresse le plus (figure 2). Il sagit dajuster les paramtres de convergence. Ces paramtres

dpendent des gradients de pression, du maillage et des proprits des sols. En gros, voici ce

que signifie chaque paramtre de convergence.

Max # of iterations :Nombre maximal ditration pour les calculs. Plus il y en a, plus

le calcul est long, mais plus la solution peut tre prcise.

Tolerance :Diffrence entre deux itrations successives aprs laquelle la simulation

se termine. Plus la tolrance est petite, plus le calcul est long, mais plus la solution

peut tre prcise.

Maximum change :Changement maximum entre les itrations. Plus il est petit, plus

le calcul est long, mais plus la solution peut tre prcise.


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Paramtres de convergence

Minimum change :Changement minimum entre les itrations. Plus il est petit, plus le

calcul est long, mais plus la solution peut tre prcise. Le changement minimum doit

tre environ de deux ordres de grandeur plus petit que la tolrance pour permettre la

convergence.

Rate of Change :Taux de changement entre chaque itration. Il est toujours suprieur

1, mais plus il est petit, plus le calcul est long, mais plus la solution peut tre prcise.

HYDRAULIC FUNCTIONS: Nous entrons les fonctions de conductivit hydraulique et les

courbes de rtention deau. Il doit y avoir cohrence avec les units pralablement entres. Il

sagit de pression, alors les succions entres sont ngatives. On peut faire un copier-coller

partir dun chiffrier lectronique (Excel ou autre). Plus les fonctions sont abruptes (dans le casdes sables et des graviers), plus la convergence est difficile : on doit serrer le maillage et


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ajuster les paramtres de convergence en consquence. SEEP/W permet destimer la courbe

de rtention deau partir dune courbe granulomtrique. SEEP/W permet aussi destimer la

fonction de conductivit hydraulique partir de la courbe de rtention deau (version

complte seulement).

Fonction de conductivit

MATERIAL PROPERTIES: Nous entrons le numro du matriau, les numros de fonctions

auxquelles il se rfre et sa couleur pour le dessin du maillage. Voil ! Nos paramtres sont

entrs. Nous pouvons maintenant dessiner notre maillage.

Les proprits de matriel

Nuds et lments


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Dessin du barrage

MAILLAGE

Un maillage est fait dlments attachs par des nuds (figure 5). On fait apparatre le

grid si ce nest dj fait (en appuyant sur le bouton grid). On utilise alors les boutons outils de

dessin comme nous les utilisons dans MS Word.

Une fois nos lignes guides dessines, nous allons tracer notre maillage par-dessus en

slectionnant Draw ; regions dans le menu en haut et en cliquant sur chaque coin du dessin.

Nous avons le choix de subdiviser notre maillage en plusieurs rgions. Lorsque la rgion est

referme, une fentre apparat. Les onglets sont Material, Mesh, Edges, Elements et

Openings.

Materials : choisir le matriau dont est constitue la rgion.

Mesh : on a le choix entre :

No mesh : la rgion est un seul lment.

Unstructured : la rgion se divise en multiples triangles.

Structured : la rgion se divise en multiples quadrilatres.


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Maillage du barrage

Opening : permet de modlis des conduites (trous ronds dans le maillage).

Edges : choisir le nombre dlment de chaque bordure (procdure semi-automatique : vouschoisissez le nombre dlments dune bordure et les autres bordures sajustent).

Elments : proprits des lments, permet de changer lordre dintgration et lpaisseur

des lments (pour les simulations 3D).

Plus notre maillage est fin, plus le calcul sera long. Un maillage fin est ncessaire dans

les zones o lon envisage de forts changements de pression. Pour les matriaux fonctions

abruptes (sols grossiers), les changements de pression peuvent tre drastiques. De plus, les

matriaux grossiers, tant donn leurs fonctions abruptes, un petit changement de pression

peut entraner un grand changement de teneur en eau ou de conductivit hydraulique. Si le

maillage est raffin pour les sables et les graviers. On Clique su OK une fois le maillage

ajust.

Le bouton conditions de contour, comme son nom le dit, on sert dfinir les

conditions de contour.


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Nous pouvons imposer des dbits, des charges ou un gradient hydraulique unitaire. On

slectionne le type de dbit ou de charge, puis on clique sur les nuds sur lesquels nous

dsirons que la condition sapplique. Nous pouvons slectionner une rgion de nuds en

gardant enfonc le bouton de gauche de la souris, ou bien une srie de nuds aligns en

gardant enfonce la touche Shift.

Nous pouvons ajouter des sections de dbit grce au bouton section de dbit (une

section de dbit ne doit pas passer directement sur des nuds ; sil le faut, on dplace l de

quelques millimtres). Il sagit simplement dune section travers laquelle SEEP/W calculera

la quantit deau qui est passe. Nous pouvons en tout temps ajuster notre maillage, supprimer

des nuds et des lments, les dplacer, etc., en utilisant les fonctions du bouton proprits.

Menu de CONTOUR

iii.

Rsultats

Une fois que tout est notre got, il faut vrifier le maillage en cliquant sur le crochet

dans le menu gauche, ce qui permet SEEP/W de voir si tout est correct et SEEP/W

redonne les bons numros aux nuds et lments. Pour rsoudre le problme, on clique sur le

bouton SOLVE sous le crochet dans le menu gauche pour rsoudre le problme. On appuie

sur Start pour commencer la simulation. Nous pouvons observer le droulement de la

simulation et ltat de la convergence en appuyant sur Graph.

Une fois la simulation termine, nous pouvons visualiser les rsultats. Le bouton

CONTOUR dans le menu gauche, sous le bouton SOLVE, nous permet de voir les contours

par gradients de couleur des pressions, dbits, gradients, etc. La figure montre le menu de

loption CONTOUR.

Le bouton vecteur fait apparatre des flches qui indiquent de mouvement de leau et sa

vitesse relative.


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Le bouton tiquettes permet dafficher une tiquette montrant la valeur de nos sections de

dbit. Le bouton lignes dcoulement affiche les lignes dcoulement lorsque nous cliquons

sur le dessin. Le bouton contours permet de tracer des lignes de contours de pression, dbit,

vitesse, gradient, etc. Finalement, le bouton graphique permet de tracer des courbes de

pression, dbit, vitesse, gradient, etc. Il permet aussi dexporter des rsultats pour importation

ventuelle dans un chiffrier lectronique (comme Excel).

Rsultats


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Diagramme de pression

Diagramme de vitesse


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b)

SLOPE :

Le logiciel Geostudio, permet l'utilisateur de combiner deux ou plusieurs

types d'analyses afin de transfrer des informations prcieuses entre deux ou

plusieurs modles. Dans de notre tude, l'analyse SEEP / W dcrit la section prcdente at utilis comme un parent d'analyse pour la suite SLOPE / W. Cela permet au

modle SLOP / W dutiliser la gomtrie rgion et les conditions de l'eau interstitielle de

l'analyse SEEP / W dans ses calculs de stabilit des pentes.

SLOPE/W est le produit calculant la stabilit du logiciel pour le. calcul du coefficient de

scurit de la terre et les pentes rocheuses. Avec SLOPE/W, vous pouvez analyser la fois

des problmes simples et complexes pour une varit des formes de surface de glissement, des

conditions de pression d'eau interstitielle, les proprits du sol, les mthodes d'analyses et de

conditions de chargement

En cas de non vrification du glissement, on est oblig dajouter une bche dancrage sous la

semelle, mais en cas de non vrification de lune des deux autres conditions on doit

redimensionner le mur de soutnement de nouveau.

Il existe deux autres vrifications pour la stabilit externe du mur, le tassement et le grandglissement, qui nont pas t vrifies car le calcul des tassements et du grand glissement ne

sont gnralement faits que dans le cas o les caractristiques du terrain dassise et des

couches de fondation sont mdiocres.

Une fois qu'on a rsolu notre problme, SLOPE/W offre de nombreux outils pour la

visualisation des rsultats.

On va entamer deux mthodes de modlisation pour rsoudre notre problme :


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METHODE DE EXIT AND ENTRY:

Diagramme des polygonales des forces


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Diagramme des polygonales des forces

Caractristi ques des matriaux


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Graphe de pression de leau en fonction des distances

Graphe de la lar geur et le poids de la couche en f oncti on des distances


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c)

Sigma

i. Gnralits :

Deux des parties les plus critiques du dveloppement d'un modle de dformation

reprsentatifs sont la dfinition de la stratigraphie du sous-sol et la slection des proprits des

matriaux. Deux questions ont t essentielles pour le dveloppement du modle

de dformation :

Identification d'une profondeur o la roche ci-dessous pourrait tre raisonnablement

considre comme incompressibles. Cela a t ncessaire pour fournir une condition

limite pour le modle.

Dcider si la roche dans la zone au-dessus du matriau "incompressible" doit tre subdiviseen diffrentes couches avec des proprits des matriaux diffrents ou si les proprits du

matriau uniforme devrait tre utilis pour toute la couche.

Pour une modlisation en deux dimensions des contraintes et dformations, il est essentiel de

lier le problme en dfinissant un bord infrieur de la gomtrie du modle comme une limite

de dplacement zro et de se comporter comme une force de raction au chargement qui lui

est appliqu.

ii.

Proprits lastiques

Les deux premires mthodes pour valuer le tassement des fondations sont la

mthode lastique et la mthode des lments finis. Ces deux mthodes ncessitent que le

module d'lasticit (ou dformation) (E) et la ration de Poisson ().

Une limitation importante de ces deux mthodes est l'approximation de la valeur de E. La

valeur de E peut tre estime partir des tests sur le terrain ou des tests de laboratoire. Essais

sur le terrain, tels que les tests de charge planes, est une mthode prfrable pourestimer une valeur applicable de E, mais peut fastidieux et coteux raliser. Essais sur le

terrain n'a pas t juge ralisable pour ce projet en raison des excavations profondes qui

seraient ncessaires pour tester la formation aux endroits critiques.

Le module d'lasticit peut tre calcul partir des donnes des tests de laboratoire suivants:

Essais de compression simple

essais de cisaillement triaxial


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Essais sur la consolidation

Une des principales proccupations lies au dveloppement du module d'lasticit des tests de

laboratoire est que les tests de laboratoire sont raliss sur des chantillons relativement

petits qui sont habituellement intactes et dpourvus de discontinuits et aussi au fait de la

perturbation de l'chantillon. Bas sur des informations publies, les valeurs calcules du

module utilisant les donnes de tests de laboratoire sont gnralement plus levs que les

tests sur le terrain parce que le rglement de la roche est fortement influenc par les proprits

in-situ telles que les joints, les fractures et les failles. Les valeurs calculs partir des essais

en laboratoire seront galement varis en raison de la rponse contrainte-dformation de la

roche n'est pas linaire. En outre, ces valeurs dpendent de la portion de la courbe contrainte-dformation pour le calcul.

iii. Consolidation

Lindice des vides initialet les proprits de consolidation pour le Bas-Dawson sont bases

sur les rsultats de cinq essais de consolidation. Le coefficient de compression (cc) et le

coefficient de recompression (CR) ont t labors partir d'une parcelle de taux de vide par

rapport la contrainte effective verticale. La pression de pr-consolidation ('p) a testime

en utilisant des constructions de Casagrande partir des essais de consolidation environ

65.000 PSF. Le chargement vertical de l'argilite ne devrait pas dpasser cette pression, CR a

t utilis pour l'analyse de dformation des fondations.

Mthode de travail de SIGMA / W

SIGMA / W est un logiciel polyvalent d'lments finis qui est utilis pour le calcul et le

traage des contraintes dans des zones charges qui peuvent tre modliss comme des

dformations planes deux dimensions ou des problmes axisymtriques. Le logicielmodlise le sol comme un matriau infiniment lastique linaire

Dfinition des proprits du sol:

Les matriaux utiliss, sont supposs lastiques linaires. Lors de la modification des

contraintes provoques par les charges appliques, on peut supposer que le poids unitaire de

sol est ngligeable la contrainte de gravitation.

Conditions aux limites:


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Dans cette tape nous spcifions les constances le long des frontires et de crons des

conditions de limites et spcifions les charges connues ou des dplacements la frontire.

Une fois une condition limite cre, il peut tre appliqu un point, une ligne ou une

rgion.

Lorsque nous supposons qu'il n'y a pas de dplacement dans les directions X et Y,

l'hypothse doit tre raliste.

Maillage :

Le maillage est ralis en se basant sur la modlisation par lments finis. Le maillage

par dfaut serait suffisant pour la plupart de notre travail ici.

Le maillage peut tre vari en ajustant la taille des lments globaux, comme la tailledes lments augmente, le maillage devient plus grossier.

Rsolution du problme :

Une fois le problme dfini, il peut tre rsolu, et les rsultats peuvent tre visualiss

dans une fentre de contour. Cela peut tre trs efficace pour une tude paramtrique.

Rsultats:

Le cercle de Mohr reprsente l'tat de contrainte en tout point, avec les lments montrant lescontraintes normales et de cisaillement.

SIGMA / W est un logiciel polyvalent d'lments finis qui peut tre utilises pour

calculer et tracer les contraintes dans les zones charges qui peuvent tre modliss comme

des dformations planes deux dimensions ou des problmes axisymtriques.

Il permet au sol dtre seulement modlis comme un matriau infiniment lastique linaire.

iv.

Utilit :

En effet, on peut effectuer une simple analyse linaire de dformation lastique ou une

analyse non linaire lasto-plastique de la contrainte.

Coupl avec dautre GEOSLOPE, il peut aussi modliser la gnration de pression

interstitielle deau et la dissipation dune structure du sol en rponse des charges externes en

utilisant une formulation soit entirement couple ou non couple.


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PRINCIPALES COMPOSANTES:

Les principales composantes rsoudre un problme de calcul des contraintes sont:

DEFINITION DE LA GEOMETRIE:

Toujours avoir un croquis du problme de gomtrie avec les bonnes dimensions et

dfinition de la zone de travail et les units.

Lorsque nous utilisons la mme chelle dans les directions X et Y, la gomtrie n'est

pas anormale. Les units et les chelles doivent tre utilises pour dfinir le problme deux

dimensions ou axisymtrique.

Grid permet de slectionner l'espacement de grille, ce qui rend visible, et l'accrochage

la grille de points de. Axes permet de dessiner les axes et les tiquettes. Sketch/Axes peuttre une meilleure faon d'attirer les axes et les tiqueter. Utilisez View/Preferences pour

changer la faon dont la gomtrie, les polices et sorties graphiques sont affichs.

Le menu Sketch est utile pour dessiner des lignes de cote avec des flches et pour que

le maillage d'lments finis peut tre faite plus fine dans les rgions d'intrt.

DEFINIR LES PROPRIETES DU SOL ET EN ATTRIBUANT AUX REGIONS:

Les matriaux qui sont placs, sont supposs tre lastique linaire. Lorsque nous

sommes intresss la modification de contraintes provoques par les charges appliques, on

peut supposer le poids unitaire de sol ngliger la contrainte de gravitation.

DEFINIR LES CONDITIONS AUX LIMITES:

Ici, nous spcifions les constances le long des frontires et de crer des conditions

limites de spcifier les charges connues ou des dplacements la frontire.

Une fois une condition limite est cre, il peut tre appliqu un point, une ligne ou

une rgion.

Lorsque nous supposons qu'il n'y ait pas de dplacement dans les directions X et Y,

l'hypothse doit tre raliste.


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Dplacement sui vant X

Draw contour labels

DEFINIR LE MAILLAGE D'ELEMENTS FINIS:

Cette tape nous donne un avant-avis de la modlisation par lments finis. Le

maillage par dfaut serait suffisant pour la plupart de notre travail ici.

Le maillage peut tre vari en ajustant la taille d'lment globale, comme la taille des

lments augmente.


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Maillage de lexemple

RESOUDRE LE PROBLEME:

Une fois que le problme est compltement dfini, il peut tre rsolu, et les rsultats

peuvent tre visualiss dans une fentre de contour. Cela peut tre trs efficace pour une tude

paramtrique.

X-total stress


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Y-total stress

AFFICHAGE DES RESULTATS:

Le cercle de Mohr reprsente l'tat de contrainte en tout point, avec les lments

montrant les contraintes normales et de cisaillement.

Cercle de Mohr


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d)

QUAKE

QUAKE/W est un logiciel bas sur le calcul d'lment fini et les donnes

gotechniques afin d'analyser les structures de terre soumis des secousses sismique ou point

dynamique d'une force d'explosion ou d'une charge d'impact soudaine.

Linfluence du sisme est reprsente par un coefficient sismique horizontal Kh

revenant appliquer un effort moteur horizontal supplmentaire Kh.P au centre de gravit du

volume de terre en glissement potentiel et de poids total P. Les efforts rsistants mobiliss

sont ceux estims partir de la rsistance statique (tels que dfinis dans ltude de stabilit

sans sisme).

Cette notion est bien adapte aux mthodes de calcul habituelles dcoupant le volume

de terre en tranches verticales. On utilise un coefficient sismique vertical Kv(lintroduction de

leffort supplmentaire Kv.P conduit un effort moteur supplmentaire dans le cas dune

acclration dirige vers le bas).

Les tapes de calcul QUAKE

Pour le module QUAKE prsente deux tapes :

Calcule statique

Calcule dynamiquei. Calcul statique

Cette phase de calcul nous permet destimer les efforts agissant sur notre digue

Les efforts obtenus par cette phase seront transform dans la deuxime tape en effort

dynamique mais dintroduire lanalyse dynamique du barrage on commence par une partie de

calcul de stabilit de la digue cette tape ncessite la dfinition des modules de Young et le

coefficient de poisson de chaque matriaux et la masse volumique correspondantes


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Le tableau suivant rsume les paramtres introduit de chaque matriaupour ltape QUAKE:

Type de sol E(MPa) Coefficient de

poisson

Masse volumique

(t/m3)

Sol support 13000 0.3 2.3

Remblai 18000 0.3 2.3

Noyau 1 10000 0.45 1.85

Noyau 2 10000 0.45 1.8

ii.

Dfinition des conditions aux limites :

Concernant les conditions aux limites on applique la condition suivante :

les limites verticales on fixe les dplacements suivant la direction X


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Les limites horizontales la profondeur de 20m on fixe les dplacements suivant X et

Y

On lance le calcul statique

Sous cette tape on peut visualiser les contraintes selon une direction donne par exemple :

Ou bien voici lillustration de la pression inertielle dans la digue :


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iii.

Calcul dynamique

On commence par dfinir le sisme : on utilise le ficher exemple .acc qui prsente

une simulation dun sisme une acclration normalise 0.25g

Le sisme sera calculer pour un temps de rponse de 10 seconde une table est gnrer

avec un pas de temps de 0.02s pour 500 pas et ceci pour pouvoir visualiser leffet dynamique

sur la digue


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On change les conditions aux limites verticales dfinies prcdemment dans le calcul

statique par une limitation des dplacements suivant Y

On dfinit les coefficients damortissement pour les matriaux qui sera pris comme 0.1

pour tous les matriaux

Pour estimer le potentiel de liqufaction des sols QUAKE nous propose des

corrections Ka, Ks, nombre de cycles


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Correction Ka :

Correction Ks

Le nombre de cycle donnant la liqufaction ;


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La pression inertielle provoquant la liqufaction pour un nombre de cycle donne :

iv.

Calcul dynamique :

Le logiciel nous permets de voir une suite squentiel (en animation) de la dformation

de la digue pendant les 10 sec du sisme ceci ce manifeste par la dformation des lments

finis

La digue subit un dplacement de la fondation au niveau de remblai amont

Sur un plant de coupe passant par le milieu de la digue voici les dplacements suivant

X pendant les 10 secondes de sisme


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On remarque que le dplacement maximale est obtenue a t=6sec il est de lordre de 0.23m

On peut aussi choisir un instant appartenant au domaine dtude (un point ou coupe

sur la digue) pendant les 10 secondes du sisme donne et analyse

Les rsultats suivant sont pour linstant t=10sec

iv. Risque de liqufaction

Tout le sol support ainsi que le remblai amont prsente un risque de liqufaction

pendants le sisme ce risque peut nuire a la stabilit de la digue

Les dplacements suivant X :


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A t=10sec les dplacements sont les plus important sont au niveau du remblais amont

ils sont de lordre de 0.03 m

Le module QUAKE nous permet de faire une analyse sismique de la digue ainsi on

peut estimer la rponse de la digue suit a une action dynamique, calculer les dplacements,

valuer le risque de liqufaction et ceci pour complter ltude de stabilit de la digue grceau module SLOPE


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v.

Recommandations

Il est recommand que des analyses similaires celle dcrite dans cette tude soit

conduite avec des programmes dinvestigations plus dtaills. Appliquer les proprits

physiques bass sur des exemples provenant de sites diffrents, peu rsulter en un modle nonraliste et qui donne un facteur de scurit suprieur ou infrieur lactuel.

Une approche alternative la construction d'un contrefort serait une re-classification

de la digue afin d'aplanir le talus aval. Cette technique aurait toutefois besoin de plus de

matriau que la construction d'un contrefort et une nouvelle analyse devrait tre effectue

C.Rcapitulation

Les ouvrages hydrauliques sont des ouvrages importants pour la satisfaction des besoins en

eau des populations, pour la scurit alimentaire et pour le dveloppement rural en gnral. Ils

doivent toujours faire lobjet dtudes srieuses en relation avec leurs dimensions et tre

raliss selon les rgles de lart, par des techniciens comptents, ce qui garantira leur

efficacit et leur longvit. On ninsistera jamais assez sur la ncessit de lentretien des

ouvrages qui doit tre systmatique et rgulier.


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IV.

La surveillance du barrage :

A.Les objectifs :

La surveillance des barrages a trois grands objectifs :

En phase de constructionet la premire mise en eau :

La surveillance du barrage consiste comparer le comportement de louvrage par rapport aux

prvisions du projet, que ce soit pour vrifier certaines hypothses de calcul, pour valider les

rsultats de ces calculs ou pour vrifier la pertinence de tel ou tel choix technique.

En phase dexploitation: la scurit de louvrage et la matrise des cots dexploitation.

Pour cela, il faut chercher dceler tout signe avertisseur de changement dans le

comportement de louvrage, ce qui amne sintresser dune part lapparition de

phnomnes nouveaux et dautre part aux volutions lentes lies au vieillissement.

Un dernier objectif commun aux deux phasesde la vie de louvrage,cites ci-dessus, est le

retour dexprience pour lingnierie, ce retourdexprience tant valoris autant sur les

futurs projets que sur le suivi des autres barrages dune mme famille

Cela concourt garantir, sur le long terme, dune part la sret des ouvrages, etdautre part la

matrise des cots par une maintenance qui peut tre programme et optimise. Laspectscurit prime avant toute autre considration, mais il est vident que plus tt une anomalie

est dtecte, moindres en sont les consquences en termes de travaux ou de cot

dexploitation

B.Les principes de surveillance :

La surveillance inclut trois composantes complmentaires :

Linspection visuelledont lobjectif est de dceler des anomalies perceptibles lil

Lauscultationqui permet de mesurer lvolution de certains paramtres et dtablir

une analyse du comportement de louvrage sur le long terme

Les essais priodiquesde certains organes, les vannes en particulier, dans diffrentes

conditions de fonctionnement.

Pour ce barrage, nous allons mettre le point sur le deuxime principe de surveillance qui est :lauscultation.


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C.Lauscultation :

Lauscultation dun ouvrage hydraulique est un point important de la vie de ce dernier. Cela

permet de dceler toutes sortes danomalies pouvant entrainer une instabilit de louvrage.

Les moyens mis en uvre pour assurer un suivi adapt doivent correspondre la taille et la

complexit de louvrage. Ainsi on mesure des dplacements, des dformations, des

contraintes, des pressions, des dbits etc.

Lauscultation dun barrage dpend de nombreux paramtres tels que le type douvrage, son

ge, ses moyens de ralisation et son environnement.

Chaque barrage est unique dans son comportement, il est donc ncessaire dadapter les

moyens dauscultation ce dernier en fonction de sa configuration etde ses pathologies.

i. Les instruments dauscultation :

i.

Les instruments de mesure des dplacements : Les inclinomtres [2]

Les inclinomtres sont classs dans deux familles :

Les inclinomtres de surface sont fixs sur louvrage et mesurent de faonprcise

les mouvements en un point de louvrage.

Les clinomtres de forage servant ltude de la stabilit de sols. Ce sont des

forages tubs qui ont des rainures longitudinales pour permettre le guidage de la

sonde. Placs en profondeur (la fondation de louvrage), ces derniers permettent de

mesurer les mouvements du sol plusieurs niveaux en faisant descendre la sonde le

long du tube.

En fait, un tassement excessif de la crte peut entraner une diminution de la revanche ce qui

diminue la scurit du barrage.

Ce tassement peut reflter une forte compressibilit de la fondation, ou un compactage

insuffisant du corps du barrage. Cela remettra en cause la stabilit des talus qui seront

susceptibles au glissement. Limplantationdinclinomtres peut permettre de localiser lazone

de glissement en profondeur et de suivre son volution


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ii.

Les instruments de mesure des pressions interstitielles : Les

pizomtres [2]

Les pressions interstitielles, mesures par des cellules de pression interstitielle, tels que les

pizomtres, installs lors de la construction du barrage.

La fondation, le noyau, les rives, les appuis et les talus doivent tre galement auscults.

Au sein du noyaudu barrage : Les mesures des pressions se font au moyen de cellules

pizomtriques. Ces mesures permettent dobserver ponctuellement les phnomnes

de consolidation, la valeur des pressions interstitielles ainsi que la progression du

niveau de la saturation. Elles seront intgres dans des sections juges stratgiques au

cours de la construction. La mise en relation de ces mesures devrait permettre de

dterminer le comportement global du noyau.

Dans les fondations : Des pizomtres seront implants depuis la galerie dinspection

pour dtecter toutes variations anormales du niveau de la nappe ;ce qui permet de

recueillir un dbit sortant du filtre dans un caniveau jaug la sortie du dbit

de fuite, et dceler tout problme drosion interne du barrage aprs une analyse de la

composition de leau rcolte. Un systme identique sera install au pied du barrage

Gnralement, une pizomtrie leve dans la fondation est prjudiciable la stabilit de

louvrage. Elle peut tre impute une dficience des dispositifs dtanchit de la fondation

et des appuis, contrairement la diminution de la pizomtrie qui peut reflter la dissipation

des pressions interstitielles de construction ou une diminution de la permabilit des

matriaux par auto-colmatage.

iii.

Les repres topographiques :[3]

Les repres topographiques visent contrler la stabilit de louvrage moyennant la mesure

des ventuels mouvements des barrages tel que la mesure du tassement.

Ces auscultations se font laidedinstrumentsclassiques tels que les niveaux de haute

prcision, les thodolites et les distance-mtres. Cettemthode donne des rsultats de

prcision de l'ordre de (+/-) 2 mm en altimtrie et (+/-) 5 mm en planimtrie mais elle

requiert un long temps d'excution.


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En guise de mesurer le tassement de louvrage, les bornes topographiques, dans le corps du

barrage, sont places sur la crte ou bien tout prs de la crte, galement ces repres

saccrochent sur le parement aval.

iv.

Les tassomtres : [4]

Ces instruments dauscultation mesurent les dplacements verticaux internes (en profondeur)

du barrage .Le principal champ d'application des tassomtres concerne le monitorage des

affaissements des terrainsen fondation.

Pour cet instrument qui mesure les dplacements verticaux (tassements), on peut distinguer :

Un tassomtre de forage, monopoint ou multipoints, mesurant le dplacement parrapport la surface, dun ou de plusieurs points matrialiss

Un tassomtre de surface est le plus souvent constitu dun niveau liquide; il mesure

le dplacement vertical du liquide

i.

Les colonnes de tassement : [4]

Un repre de tassement

Un tube de tassement


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Les colonnes sont des repres de tassement vertical. Ces dispositifs peuvent tre

prolongs par un forage de quelques dizaines de mtres de profondeur.

La longueur des lments du tube ne doit pas dpasser 6m .La verticalit du tube doit

tre contrle afin davoir une bonne interprtation des tassements de la digue

Remarque :

Lauscultation dun ouvrage hydraulique est un point important de la vie de cedernier.

Grace cette mesure de control, il est possible de connaitre rapidement les pathologies

dont souffre louvrage c'est--dire que les instruments dauscultation permettent de

dceler toutes sortes danomalies pouvant entrainer une instabilit de louvrage.

Afin daboutir une vritable surveillance, les moyens mis en uvre pour assurer un

suivi adapt doivent correspondre la taille et la complexit de louvrage.


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Interprtations et conclusion :

"De toutes les ralisations humaines, les barrages sont parmi celles qui peuvent certains

gard induire un potentiel de risque trs significatif". Le Moniteur.

Cette citation rsume bien tout lintrt de ltude de danger et de la surveillance des ouvrageshydrauliques. Les rares ruptures de barrages et de digues ont gnralement des consquences

dsastreuses.

Dans le cas prsent, la rupture est survenue lors de la premire mise en eau.

Dans dautres conditions, les ouvrages peuvent subir des dtriorations progressives et rompre

des sicles aprs leur construction. Cest notamment le cas des barrages en terre trs sensibles

aux phnomnes drosion interne. Le suivi rgulier de la structure de louvrage avecdes

moyens appropris est doncprimordial. Si la rupture dun barrage est clairement peruecomme dangereuse et spectaculaire, les consquences sur lenvironnement proche peuvent

tre encore plus dsastreuses. Et si le risque de rupture du barrage est clairement identifi,

certains accidents dus la prsence mme dun plan deau artificiel peuvent tre tout aussi

dvastateurs.

Donc, les barrages, comme tous les autres ouvrages dart peuvent tre un potentiel de risques

significatifs tant sur leplan humain quenvironnemental, ceci met bien en vidence la

ncessit des tudes de dangers qui doivent prendre en compte toutes les sources dincidentspossibles aussi il est impratif de mettre en place des mesures de suivi et dauscultation pour

assurer une scurit maximale et une avoir une sorte danticipation des travaux.


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BIBLIOGRAPHIE

[1] Le guide Maghrbin pour lexcution des tudes et des travaux de retenues collinaires

[2] Auscultation des barrages en terre Bonelli RADZICKT 2005[3] Petits barrages, recommandation pour la conception, la ralisation et le suivi Gerard

DEGOUTTE

[4] Dam monitoring 2005

Documents

Mémoire Hydraulique - Barrage en terre