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ÉC OLE POLY TEC H NIQU EFÉDÉRALE D E LAUSAN NE
Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eauMesures de
protection des rives
Eléments linéaires Eléments décomposés
Pans de rochers artificiels
Empierrements
Murs de protection
• Mur de soutènement aval
• Mur-poids• Mur plié• Mur en blocs• Paroi moulée
Epis
• Epis en blocs• Epis en béton
Blocs résiduels artificiels
Enrochements
Blocs résiduels artificiels
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochements pour des rivières de montagneEnrochements pour des rivières de montagne
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Théorie du charriage - début du mouvementThéorie du charriage - début du mouvement
Sous-couche du lit(charriage permanent)
Hauteur d'eau hcr pour laquelle le début du mouvement se produit:
Jd 1)-(s cr crh mUSθ=
J : pente de frottement.θcr : contrainte de cisaillement critique adimensionnelle
θcr > 0.047 charriage bien développé.θcr = 0.03 - 0.047 pas de charriage régulier.θcr< 0.03 aucun mouvement.
dmUS : diamètre moyen des grains de la sous-couche.s : densité spécifique s = ρs/ ρ.
Pavage du litHauteur d'eau hcr pour laquelle le pavage du lit est détruit.
a) avec dmDS = d90 US
Jd )1s( h US90cr
cr−θ=
b) selon Günter
(granulométrie du pavage connue)
(0.4% < J < 2%)
67.0
dd
Jd)1s(crcrh
mUS
mDSmDS
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛−θ=
1
1
2
2
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Le début du charriageLe début du charriage
Diagramme de ShieldsContrainte de cisaillement
adimensionnelle
( ) d 1s g −ρτ
=θ
( ) d 1sJ h
−=θ
(par définition)
h : hauteur d’eau
J : pente de frottement
d : diamètre des grains
s : 7.26.2s ÷=ρρ
h<<b
3/1
2s
50*gdd ⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛υρ
ρ−ρ=Diamètre adimensionel
crθ=θθ
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Stabilisation des berges - Dimensionnement des enrochementsStabilisation des berges - Dimensionnement des enrochements
Contraintes de cisaillement maximalessur les berges
J hg 0.77 maxRmax ρ=τ
Contraintes de cisaillementadimensionnelles
d 1)-(s
J h0.77 d 1)-(s g
B
max
B
Rmax =ρ
τ=θ
hmax : hauteur d'eau maximalesur les berges
J : pente de frottements : s = ρs/ρ = 2.65dB : diamètre des blocs
Blocs de pierres enterrées selon la profondeur d’affouillement attendue
Blocs comme refuge à poissons
hmax
m
1α
Filtre ougéotextile
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Dimensionnement des enrochements selon Stevens et alDimensionnement des enrochements selon Stevens et al
Procédure de dimensionnement
d)1s(
J h 17.16 B
maxcr −
=θθ=η
tan tan S ; cos
S mmαϕ=αη=ξ
4 2S S 2m
⎟⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
ξ−+ξ=
Hmax : hauteur d'eau maximale sur les bergesJ : pente de frottements : densité spécifique s = ρs/ ρ. θ : contrainte de cisaillement adimensionnelleθcr : contrainte de cisaillement adimensionnelle critique
θcr = 0.047 en général (formule 1)θcr = 0.1 pour des rivières de montagnes avec
des gros blocs dans le lit(formule 1 : 16.17 −−> 7.7 )
η ,ξ : facteurs de dimensionnement selon Stevens et alα : angle du talus avec l'horizontale (tan α = 1:m)ϕ : angle d'un talus d'enrochements stable sans
écoulement:blocs < 1t −−> ϕ = 40 − 45°.blocs > 1t −−> ϕ = 45 − 60°.
S : coefficient de sécurité (Smin = 1.0 / 1.3 selon conditions)Sm : coefficient de sécurité sans écoulement
1
2
3
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochement avec une seule coucheEnrochement avec une seule couche
Géotextil
HQ10 - HQ20Poids dubloc réduit
HHQ
Tapis des blocs/Protection contre l'affouillement
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochements - Aspects constructifsEnrochements - Aspects constructifs
Remblai
Pied du talus de l'enrochement Lit
surfacetrop lisse
blocs posésdéfavorab-lement
blocs posésfavorablement
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochement en deux couchesEnrochement en deux couches
poids réduit
du bloc
géotextil
blocs du pied couplésavec des câbles en acier tapis des blocs / protection
contre l'affouillement
HHQ
HQ10 - HQ50
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochement avec risbermeEnrochement avec risberme
HQ10 - HQ50
poids réduitdu bloc
géotextil
risbermechemin de rive
groupe de blocs
HHQ
tapis des blocs / protection contre l'affouillement
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochement en deux couchesEnrochement en deux couches
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochements – Protection contre l'affouillementEnrochements – Protection contre l'affouillement
SS hmhm SS hmhm SS hm
hm SS hmhm
Affouillements en courbe:
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochements – Protection contre l'affouillementEnrochements – Protection contre l'affouillement
Estimation des affouillements à l'extérieur des tronçons-courbes
β
⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟
⎝ ⎠
= ⋅
et
sin
k
im
m
m
i
RS hR
hkR
avec S : profondeur de l'érosion mesurée à partir de la surface de l'eauhm : profondeur d'eau moyenneRi : rayon localRm : rayon moyensin β : pente transversale locale du lit
L'exposant k selon l'approche de Kikkawa (1976) vaut:avec θ : facteur de Shields (contrainte de cisaillement
adimensionnelle)
(vitesse de cisaillement)
k = (2.575 ⋅ c − 4.078) θ
θ ⋅=
− ⋅( 1)m
m
h Js d
= = ⋅ ⋅* */ ,m mc V V V g h J
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochements – Protection contre l'affouillementEnrochements – Protection contre l'affouillement
Estimation des affouillements causés par l'écoulement méandrant
Profil rectangulaire:
Profil trapézoïdal:
avec S : profondeur de l'érosion mesurée à partir de la surface de l'eauhm : profondeur d'eau moyenneB : largeur du litdm : diamètre moyen de la granulométrie du litn : pente de talus de la rive (1 : n)
= + 0.156 ( / )mm
BS hb d
− −= +
⎡ ⎤− −⎢ ⎥⎣ ⎦
0.152 ( )
2 ( )6
mm
m
m
B n S hS hB n S h
d
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eauMesures de
protection des rives
Eléments linéaires Eléments décomposés
Pans de rochers artificiels
Empierrements
Murs de protection
• Mur de soutènement aval
• Mur-poids• Mur plié• Mur en blocs• Paroi moulée
Epis
• Epis en blocs• Epis en béton
Blocs résiduels artificiels
Enrochements
Blocs résiduels artificiels
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochement avec talus à pente variable et pied onduléEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé
talus à pente régulière
talus à pente ondulée
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
2 configurations modélisées
λ = L = 1000 mm
0.30 L
0.23 L
0.19 LL = 1000 mm
Configuration avec talus à pente ondulée
Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbeEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe
Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe
Erosion dans l'anse
Erosion à la pointe de l'ondulation
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Érosion locale
Érosion globale
Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbeEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eauEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé
Grande variabilité de l’écoulement le long du pied du talusEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé
Grande variabilité de l’écoulement le long du pied du talus
50°60°
Zone d’eau calme (extérieure)
Ressaut noyé
Zone d’eau calme (intérieur)
Zone de charriage
Pied de l’enrochement
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eauEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé
Erosion et écoulement localEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé
Erosion et écoulement local
50°60°
Zone d’eau calme (extérieure)
Zone d’eau calme (intérieur)
Zone de charriageRessaut noyé
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochement avec talus à pente variable et pied onduléEnrochement avec talus à pente variable et pied ondulé
Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé présente les avantages suivants :
• Impression que la protection de rives géométrique et monotone est remplacée par une rive à l’aspect naturel
• La rugosité de la rive est augmentée par le talus à pente variable etle pied ondulé ce qui réduit le danger de l’affouillement au pied del’enrochement
• Les petites baies entre les ondulations produisent unemorphologie variée du lit proche de la rive (bancs de sable etfosses d’érosion locales) et servent de refuges aux poissonslors des crues.
Enrochement avec talus Enrochement avec talus àà pente variable et pied ondulpente variable et pied onduléé prpréésente les sente les avantages suivants : avantages suivants :
•• Impression que la protection de rives gImpression que la protection de rives gééomoméétrique et monotone trique et monotone est remplacest remplacéée par une rive e par une rive àà ll’’aspect naturelaspect naturel
•• La rugositLa rugositéé de la rive est augmentde la rive est augmentéée par le talus e par le talus àà pente variable etpente variable etle pied ondulle pied onduléé ce qui rce qui rééduit le danger de lduit le danger de l’’affouillement au pied deaffouillement au pied dell’’enrochementenrochement
•• Les petites baies entre les ondulations produisent uneLes petites baies entre les ondulations produisent unemorphologie varimorphologie variéée du lit proche de la rive (bancs de sable ete du lit proche de la rive (bancs de sable etfosses dfosses d’é’érosion locales) et servent de refuges aux poissonsrosion locales) et servent de refuges aux poissonslors des crueslors des crues..
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochements pour les rivières en plaineEnrochements pour les rivières en plaine
Dimensionnement avec démarche de Stevens et al. avec θcr = 0.05et ϕ < 45o (angle de repose du talus)
Epaisseur minimale des enrochements en remblai
L'épaisseur minimale de l'enrochement en remblai dépend de la granulométrie choisie:
• - granulométrie avec les grains de diamètre presque uniformedmin = 0.9 dm, dmax = 1.1 dm : épaisseur minimale s = 1 à 3 dm
- granulométrie étendue avecdmin = 0.6 dm, dmax = 1.6 dm : épaisseur minimale s = 1.5 dm(resp. s > dmax)
Le pied de l'enrochement doit être fondé à une profondeur suffisante pour résister aux affouillements attendus.
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Enrochements pour les rivières en plaineEnrochements pour les rivières en plaine
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eauMesures de
protection des rives
Eléments linéaires Eléments décomposés
Pans de rochers artificiels
Empierrements
Murs de protection
• Mur de soutènement aval
• Mur-poids• Mur plié• Mur en blocs• Paroi moulée
Epis
• Epis en blocs• Epis en béton
Blocs résiduels artificiels
Enrochements
Blocs résiduels artificiels
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Empierrement avec mortier ou béton
Empierrement avec mortier ou béton
Wassen-Göschenen, Reuss
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d’eau
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eauMesures de
protection des rives
Eléments linéaires Eléments décomposés
Pans de rochers artificiels
Empierrements
Murs de protection
• Mur de soutènement aval
• Mur-poids• Mur plié• Mur en blocs• Paroi moulée
Epis
• Epis en blocs• Epis en béton
Blocs résiduels artificiels
Enrochements
Blocs résiduels artificiels
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Aménagements de cours d’eau
Murs de protectionMur de soutènement
en "L"
Murs de protectionMur de soutènement
en "L"
Stabilité (renversement)• poids propre• forme du pied
Sécurité contre l'affouillement• profondeur de la fondation• rugosité de surface
Résistance contre l'abrasion
Problématique du dimensionnement
Gurtnellen
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Murs de protection –Macro-rugosité verticale
pour augmenter la sécurité contre les
affouillements
Murs de protection –Macro-rugosité verticale
pour augmenter la sécurité contre les
affouillements
Espacement des rainures:10 à 15 x épaisseur des rainures
Choix de l’épaisseur: e ≥ d90
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Aménagements de cours d’eau
Murs de protection – Macro-rugosité verticale pour augmenter la sécurité
contre les affouillements
Murs de protection – Macro-rugosité verticale pour augmenter la sécurité
contre les affouillements
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Aménagements de cours d’eau
Murs de protection – Augmentation de la sécurité contre le renversement par des corps de stabilisation
Murs de protection – Augmentation de la sécurité contre le renversement par des corps de stabilisation
Saas Almagell, VispaElément de rugositéMur de protection
Corps de stabilisation Canalisation
Arrêt au pied de la fondation
Elément de rugositéMur de protection
Corps de stabilisation Canalisation
Arrêt au pied de la fondation
Elément de rugositéMur de protection
Corps de stabilisation Canalisation
Arrêt au pied de la fondation
Elément de rugositéMur de protection
Corps de stabilisation Canalisation
Arrêt au pied de la fondation
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Aménagements de cours d’eau
Murs de protection Mur-poids
Murs de protection Mur-poids
Etapes de bétonnage
Revêtementavec blocs Etapes de bétonnage
Revêtementavec blocs Etapes de bétonnage
Revêtementavec blocs Etapes de bétonnage
Revêtementavec blocs
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Aménagements de cours d’eau
Murs de protectionCombinaison: mur de soutènement
en "L" – mur-poids
Murs de protectionCombinaison: mur de soutènement
en "L" – mur-poids
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Aménagements de cours d’eau
Proposition d'un nouveau type de mur
de protection: mur plié
Proposition d'un nouveau type de mur
de protection: mur plié
Mur plié avec revêtementen pierres taillées
1
1
2
20 1 5 m
Dalle de piedresp. de couverture
Mur plié avec revêtementen pierres taillées
1
1
2
20 1 5 m
Dalle de piedresp. de couverture
Coupe 1-1Dalle de piedCoupe 2-2
Mur pliérevêtementen pierres
Dalle decouverture
0 1 5 m
Coupe 1-1Dalle de piedCoupe 2-2
Mur pliérevêtementen pierres
Dalle decouverture
0 1 5 m
Coupe 1-1Dalle de piedCoupe 2-2
Mur pliérevêtementen pierres
Dalle decouverture
0 1 5 m
Coupe 1-1Dalle de piedCoupe 2-2
Mur pliérevêtementen pierres
Dalle decouverture
0 1 5 m
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Aménagements de cours d’eau
Comparaison d'un mur de soutènement en "L" avec un mur pliéComparaison d'un mur de soutènement en "L" avec un mur plié
Coupe 1-1Dalle de piedCoupe 2-2
Mur pliérevêtementen pierres
Dalle decouverture
0 1 5 m
Coupe 1-1Dalle de piedCoupe 2-2
Mur pliérevêtementen pierres
Dalle decouverture
0 1 5 m
Coupe 1-1Dalle de piedCoupe 2-2
Mur pliérevêtementen pierres
Dalle decouverture
0 1 5 m
Coupe 1-1Dalle de piedCoupe 2-2
Mur pliérevêtementen pierres
Dalle decouverture
0 1 5 m
max. Kolktiefe
A5 m0 1Affouillement maximalmax. Kolktiefe
A5 m0 1Affouillement maximal
Mur de soutènement en "L"Epaisseur: 0.6 à 1.40 mSécurité au renversement: 1.50Volume du béton par m' de longueur:12.72 m3/m (100%)
Mur pliéEpaisseur: 0.6 mSécurité au renversement: 1.50Volume du béton par m' de longueur:80% (90% sans dalle de couverture)
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Murs de protection – mur en blocs
Murs de protection – mur en blocs