chapitre 005

5 Phnomnes physiques et outilsde dimensionnement

495CETMEF

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SOMMAIRE du Chapitre 5

5 Phnomnes physiques et outils de dimensionnement

496 CETMEF

5.1 Performance hydraulique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .502

5.1.1 Performance hydraulique lie la houle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .502

5.1.1.1 Dfinitions et paramtres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .502

5.1.1.2 Run-up de la houle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .506

5.1.1.3 Franchissement de la houle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .515

5.1.1.4 Transmission de la houle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .533

5.1.1.5 Rflexion de la houle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .536

5.1.2 Performance hydraulique lie aux courants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .540

5.1.2.1 Paramtres dimensionnants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .540

5.1.2.2 coulement interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .541

5.1.2.3 Hydraulique des barrages de fermeture en enrochement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .542

5.2 Rponse structurelle aux actions hydrauliques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .552

5.2.1 Concepts et paramtres de stabilit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .552

5.2.1.1 Introduction aux concepts de stabilit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .552

5.2.1.2 Paramtres dimensionnants pour lvaluation de la stabilit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .555

5.2.1.3 Concept de cisaillement critique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .562

5.2.1.4 Mthode de la vitesse critique ou admissible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .568

5.2.1.5 Mthode de la hauteur critique de la houle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .570

5.2.1.6 Niveau ou hauteur de franchissement critique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .570

5.2.1.7 Mthode du dbit critique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .571

5.2.1.8 Relations de transfert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .571

5.2.1.9 Formules de dimensionnement gnrales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .574

5.2.2 Rponse structurelle lie la houle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .575

5.2.2.1 Classification des ouvrages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .576

5.2.2.2 Carapaces en enrochement naturel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .580

5.2.2.3 Carapaces en enrochement artificiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .604

5.2.2.4 Ouvrages crte abaisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .617

5.2.2.5 Ouvrages de fond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .626

5.2.2.6 Ouvrages reprofilables et digues berme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .628

5.2.2.7 Systmes composites enrochements lis ou gabions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .635

5.2.2.8 Talus en escaliers et talus composs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .637

5.2.2.9 Bute de pied et protection anti-affouillement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .639

5.2.2.10 Sous-couches et couches filtres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .649

5.2.2.11 Talus arrire et crte des ouvrages peu franchis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .649

5.2.2.12 Murs de couronnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .654

5.2.2.13 Musoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .662

5.2.3 Rponse structurelle lie aux courants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .667

5.2.3.1 Protection du fond et des talus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .668

5.2.3.2 Ouvrages de fond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .675

5.2.3.3 Protection de pied et protection anti-affouillement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .676

5.2.3.4 Filtres et gotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .677

5.2.3.5 Stabilit des ouvrages de fermeture en enrochement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .678

5.2.4 Rponse structurelle lie la glace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .694

5.2.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .694

5.2.4.2 Actions dues la glace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .694

5.2.4.3 Interaction de la glace avec les revtements et les digues en enrochement . . . . . . .697

5.2.4.4 Protection de talus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .700

5.2.4.5 Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .701

5.3 Modlisation des interactions hydrauliques et de la rponse structurelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .702

5.3.1 Types de modles et modlisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .702

5.3.2 Modlisation chelle rduite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .705

5.3.2.1 Ouvrages ctiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .705

5.3.2.2 Ouvrages fluviaux et estuariens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .709

5.3.3 Modlisation numrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .711

5.3.3.1 Ouvrages ctiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .711

5.3.3.2 Ouvrages fluviaux et estuariens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .713

5.4 Conception gotechnique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .717

5.4.1 Risques gotechniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .718

5.4.2 Principes de la conception gotechnique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .720

5.4.2.1 Gnralits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .721

5.4.2.2 Situations de calcul gotechnique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .721

5.4.2.3 tat-limite ultime et tat-limite de service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .722

5.4.2.4 Valeurs caractristiques et valeurs de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .723

5.4.2.5 Calcul de la scurit lors du dimensionnement gotechnique appliqu aux ELU . .725

5.4.2.6 Contrle de laptitude au service pour les ELS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .727

5.4.2.7 Suggestions de valeurs pour les coefficients de scurit et les coefficients

de mobilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .727

5.4.2.8 Analyse probabiliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .728

5.4.3 Analyse des tats-limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .728

5.4.3.1 tude des tats-limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .729

5.4.3.2 Rupture de talus (grand glissement) induite par les actions hydrauliques

et par la gravit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .730

5.4.3.3 Capacit portante et rsistance au glissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .731

5.4.3.4 Rponse dynamique induite par limpact de la houle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .731

5.4.3.5 Dimensionnement parasismique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .731

5.4.3.6 Soulvement hydraulique, renard (rosion rgressive), instabilit du filtre

ou rosion interne filtres granulaires et en gotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .739

5.4.3.7 Tassement ou dformation li(e) aux actions hydrauliques ou la gravit . . . . . . . .747

5.4.3.8 Modlisation numrique et physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .747

5.4.4 Proprits gotechniques du sol et de la roche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .750

5.4.4.1 Gnralits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .750

5.4.4.2 Similitudes et diffrences entre le sol et les matriaux rocheux . . . . . . . . . . . . . . . . .750

5.4.4.3 Dtermination des proprits gotechniques des sols et des matriaux rocheux . . .752

5.4.4.4 Permabilit des matriaux rocheux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .753

5.4.4.5 Rsistance au cisaillement des matriaux granulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .754

5.4.4.6 Rigidit des sols et des matriaux rocheux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .757

Sommaire

497CETMEF

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5.4.5 Pressions interstitielles et coulement interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .759

5.4.5.1 Gnralits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .759

5.4.5.2 Pressions interstitielles gnres par des actions stationnaires

ou quasi-stationnaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .759

5.4.5.3 Pressions interstitielles gnres par des actions non-stationnaires . . . . . . . . . . . . . .763

5.4.6 Rapport de dimensionnement gotechnique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .775

5.5 Rfrences bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .776


498 CETMEF

5 Phnomnes physiques et outilsde dimensionnementLe Chapitre 5 prsente les quations utiles au dimensionnement hydraulique et gotechnique.

Donnes des autres chapitres :

Chapitre 2 Les exigences de projet

Chapitre 3 Les proprits des matriaux

Chapitre 4 Les conditions hydrauliques et gotechniques

Rsultats pour les autres chapitres :

Les outils de dimensionnement Chapitres 6, 7 et 8

NOTE : le processus de conception est itratif. Le lecteur est invit se rfrer au Chapitre 2 toutau long du cycle de vie de l'ouvrage pour se remmorer les problmatiques importantes.

Cet organigramme indique o trouver l'information dans ce chapitre et les liens avec les autreschapitres. Il peut tre utilis en parallle aux sommaires et l'index pour naviguer dans le guide.


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1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5.4Dimensionnement

gotechnique

Risques gotechniques,tats-limites, approche desEurocodes, rgles de filtre,stabilit des pentes,rsistance aux sismes

5.3Modlisation des interactions hydrauliques et de la rponseModlisation physique, modlisation numrique

2 Conception des ouvrages

5.1Performance hydraulique

Houle : run-up, franchissement,transmission, rflexionCourant : coulement interne,barrage de fermeture en enrochement

Chapitre 5 Phnomnes physiques et outils de dimensionnement

6 Conception des ouvrages la mer7 Conception des ouvrages de fermeture

8 Conception des ouvrages en rivire et canal

10 Surveillance, inspection,maintenance et rparation

9 Construction

3 Matriaux4 Caractrisation du siteet collecte des donnes

5.2Rponse structurelle

Paramtres de stabilitHoule : carapace, protection depied, crte, talus arrire, digue bermeCourant : protection de fond etde talus, ouvrages prs du fond

Ce chapitre prsente les phnomnes physiques qui dterminent la performance hydraulique etla rponse structurelle des ouvrages en enrochement. La performance hydraulique et la rponsestructurelle sont souvent reprsentes par des formules (semi-) empiriques. Ces formules sont desoutils adquats pour les tudes de dfinition (tudes prliminaires), condition que leur utilisa-teur soit conscient de linfluence des incertitudes. Dans certains cas, les formules donnes dans cechapitre dcrivent la tendance principale par le biais de donnes exprimentales, dans dautrescas, on trouve galement des recommandations sur la faon de tenir compte de la dispersionautour des tendances gnrales.

NOTE : lutilisateur doit tre au fait non seulement de la dispersion autour des tendances gnra-les des donnes exprimentales, mais galement du domaine de validit de chaque formule, quidpend souvent de la qualit et de la quantit des donnes sur lesquelles est base la formule.Pour le dimensionnement prcis des ouvrages en enrochement, il est recommand de limiter lesincertitudes. Dans bien des cas, on y parvient en effectuant les essais appropris sur les enroche-ments, une tude de sol, une analyse gotechnique trs pointue et des essais sur modles physi-ques. Par ailleurs, les donnes hydrauliques, telles que la houle et les courants, sont galementincertaines, cest pourquoi les paramtres de dimensionnement devraient tre bass sur lanalysede donnes recueillies sur le long terme et sur une approche probabiliste.

Les phnomnes tudis dans ce chapitre concernent l'enrochement naturel et les matriaux denoyau (et galement, dans une certaine mesure, l'enrochement artificiel) soumis aux actionshydrauliques et lies la glace. En plus du logigramme de dbut de chapitre, qui illustre les inter-actions du Chapitre 5 avec les autres chapitres, un deuxime logigramme, Figure 5.1 montre l'or-ganisation des informations de ce chapitre.

Le Chapitre 4 fournit des informations sur les conditions aux limites et sur les conditions du sitedimplantation ( sans ouvrage ) - Voir la partie suprieure de la Figure 5.1. La performancehydraulique et la rponse structurelle sont prsentes dans ce chapitre, sur la base de paramtreshydrauliques, structurels et lis la glace. Ces paramtres permettent dobtenir les sollicitationsainsi que la rponse des ouvrages en enrochement, du sous-sol et du fond marin alentour. LesChapitres 6, 7 et 8 proposent des recommandations sur la faon dont les outils dtudes prlimi-naires du Chapitre 5 peuvent servir concevoir des ouvrages, par exemple sur la faon de dimen-sionner les sections transversales des ouvrages et de dterminer les dispositions constructivesrelatives chaque type douvrages.

Le Chapitre 4 donne des informations sur les valeurs utiliser dans les outils dtudes prlimi-naires. Elles incluent les conditions de site (houle, courants, glace et caractristiques gotechni-ques) qui ne peuvent en gnral pas tre modifies par le concepteur. Pour valuer les donnesrelatives la performance hydraulique et la rponse structurelle, on a recours des paramtreshydrauliques, gotechniques et structurels (voir la Figure 5.1) :

les paramtres hydrauliques qui reprsentent laction de la houle et des courants sur louvrage(rponse hydraulique) sont numrs aux Sections 5.1.1 et 5.1.2. Les principales rponseshydrauliques la houle sont le run-up, le franchissement, la transmission et la rflexion(Section 5.1.1). Les principaux paramtres exprimant les rponses hydrauliques aux courantssont les contraintes de cisaillement de fond et les distributions de vitesses (Section 5.1.2) ;

les paramtres gotechniques sont essentiellement lis aux pressions interstitielles, auxcontraintes effectives et aux rponses telles que le tassement, la liqufaction ou les gradientsdynamiques, prsents aux Sections 4.4 et 5.4 ;

les paramtres structurels incluent la pente du talus, la hauteur de crte, le type de carapace,la masse de lenrochement et la masse volumique de la roche, la forme de lenrochement, lapermabilit ainsi que les dimensions et la section de louvrage. Les paramtres structurels lis la rponse structurelle, galement appele stabilit hydraulique, figurent la Section 5.2.1.


500 CETMEF

Ces paramtres servent dcrire la performance hydraulique et la rponse structurelle :

la performance hydraulique est souvent lie soit la houle (Section 5.1.1) soit aux courants(Section 5.1.2) ;

la rponse structurelle est elle aussi souvent lie la houle (Section 5.2.2) et aux courants(Section 5.2.3) mais galement, dans certaines zones, la glace (Section 5.2.4) et, trs souvent,aux aspects gotechniques (Section 5.4).

Les actions exerces par les tsunamis, par les sismes, les autres actions dynamiques ou les actionsspcifiques la phase de construction ne sont pas abordes aux Sections 5.1 et 5.2. Les tsunamissont abords la Section 4.2.2. La rponse des ouvrages aux actions dynamiques et aux sismesfait lobjet de la Section 5.4 et les actions spciales qui apparaissent en phase de construction sontabordes au Chapitre 9.

La modlisation de linteraction hydraulique et de la rponse structurelle est prsente laSection 5.3, subdivise en techniques de modlisation rduite (physique) et techniques de mod-lisation numrique.

Figure 5.1 Logigramme du Chapitre 5 : des phnomnes physiques la performance hydraulique et

la rponse structurelle


501CETMEF

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Chapitre 5 Phnomnes physiques et outils de dimensionnement

Modlisation des interactionshydrauliques

et des rponses structurelles

Section 5.3.2 : modles physiquesSection 5.3.3 : modles numriques

Performance hydraulique

Section 5.1.1 : houle : run-up,franchissement,transmission

Section 5.1.2 : courant : coulement interne, hydraulique des barrages

Paramtres structurelset concepts

Section 5.2.1.2 : paramtresSection 5.2.1.3 7 : concepts

4 Conditions physiques et environnementales du site

Bathymtrie etmorphologie Section 4.1

Conditions hydrauliques

Sections 4.2, 4.3

Conditions lies la glace

Section 4.5

Conditionsgotechniques

Section 4.4

Paramtresgotechniquesdimensionnants

Section 4.4 : solSection 5.4 : roche et sol

Paramtres hydrauliquesdimensionnants

Section 5.1.1.1 : houleSection 5.1.1.2 : courant

Rponse structurelle/stabilit

Section 5.2.2 : houle : stabilit des talus enenrochement, ouvrage crte abaisse, talus arrire,bute de pied, filtre, musoir

Section 5.2.3 : courant : stabilit desprotections de fond et de talus, barrage enenrochement

Section 5.2.4 : stabilit lie la glace destalus en enrochement

Section 5.4 : stabilit gotechnique

5.1 PERFORMANCE HYDRAULIQUE

5.1.1 Performance hydraulique lie la houle

Cette section traite de linteraction hydraulique entre la houle et les ouvrages. Les aspects sui-vants sont traits :

run-up (et run-down) de la houle ;

franchissement de la houle ;

transmission de la houle ;

rflexion de la houle.

Ces diffrents types de performance hydraulique ont fait lobjet de multiples recherches, qui ontdbouch sur une grande varit de relations hautement empiriques, utilisant malheureusementsouvent des paramtres adimensionnels diffrents.

Les mthodes d'estimation ainsi obtenues et prsentes dans ce guide sont donnes avec (dans lamesure du possible) les limites de leur applicabilit. Eu gard ce qui prcde, les mthodes nesont gnralement applicables qu un nombre limit de cas standard, soit parce que les essaisnont t mens que pour un nombre limit de conditions de houle, soit parce que la gomtriede louvrage test est une simplification d'ouvrages rels. Il sera donc ncessaire dvaluer la per-formance en situation relle partir des estimations faites sur des configurations douvragesapparentes (mais pas identiques). Si cela est impossible, ou si des estimations plus prcises sontrequises, il faudra effectuer des essais sur modles physiques.

NOTE : les formules de run-up et de franchissement de la houle prsentes dans cette section sontprincipalement bases sur des donnes relatives des ouvrages disposant dun talus imperma-ble. Leur extension au run-up et au franchissement pour des talus en enrochement faisant partiedun ouvrage permable est quelque peu hypothtique dans certaines situations. Toutefois, desrecommandations figurent dans les sections traitant du run-up et du franchissement douvrages talus (en enrochement) permable. Ces recommandations sont bases sur les rsultats de deuxprojets de recherche de lUE: CLASH et DELOS. Nanmoins, dautres validations sont ncessai-res si ces formules doivent tre utilises des fins autres que des estimations prliminaires.

Dans cette section, diffrentes approches sont donnes pour calculer les niveaux de run-up et lesdbits franchissants de la houle pour diffrents ouvrages talus standard. Il est conseill lutili-sateur de formules rsultant de ces approches den vrifier tout dabord la validit dans le cadrede lapplication dsire. Les domaines de validit et les principales diffrences sont donns pourchacune des approches prsentes dans cette section ; aucune prfrence nest accorde unequelconque formule. Si plus dune formule sont considres comme valides, il est conseill def-fectuer une analyse de sensibilit sur le choix de la formule. La formule doit tre choisie selonque, pour une application particulire, il est ncessaire davoir une estimation scuritaire ou opti-male (une moyenne).

La Section 5.1.1.1 prsente les diffrents types de performance hydraulique lie la houle, ainsique les paramtres qui les rgissent. Ils sont dtaills aux Sections 5.1.1.2 5.1.1.5.

5.1.1.1 Dfinitions et paramtres dimensionnants

Du point de vue du concepteur, les principales interactions hydrauliques entre la houle et lesouvrages hydrauliques sont le run-up, le run-down, le franchissement, la transmission et larflexion de la houle, qui sont illustrs la Figure 5.2. Cette section prsente ces interactionshydrauliques avec leurs paramtres dimensionnants.


502 CETMEF

Cambrure et paramtre de dferlement

Les conditions de houle sont principalement reprsentes par :

la hauteur de la houle incidente, Hi (m), gnralement exprime par la hauteur significative dela houle, Hs (m) ;

la priode de la houle exprime en priode moyenne, Tm (s), en priode nergtique moyenne(ou priode spectrale), Tm-1,0 (s), ou en priode de pic, Tp (s) ;

langle dincidence de la houle par rapport louvrage, () ;

la hauteur deau locale, h (m).

Linfluence de la priode de la houle est souvent exprime en utilisant la cambrure nominale dela houle, so (voir lquation 5.1), calcule partir de la hauteur de la houle locale, H (m), et de lalongueur donde thorique de la houle au large, Lo (m), ou de la priode de la houle, T (s).

(5.1)

Le paramtre le plus utile pour dcrire laction de la houle sur un talus, ainsi que certains de seseffets, est le paramtre de dferlement, (-), galement connu sous le nom de nombredIribarren, obtenu par lquation 5.2.

(5.2)

o est langle du talus de louvrage () ; voir la Figure 5.2 et galement lquation 4.44.

Figure 5.2 Interactions hydrauliques lies la houle et paramtres dimensionnants

5.1 Performance hydraulique

503CETMEF

1

2

3

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7

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9

10

Le paramtre de dferlement a souvent t utilis pour dcrire la forme de la houle qui dferlesur une plage ou sur un ouvrage (voir la Section 4.2.4.3 et la Figure 5.3).

NOTE : diffrentes versions du paramtre de dferlement, , sont utilises dans ce guide. Parexemple, on peut obtenir des valeurs de s et de trs diffrentes selon que lon utilise la hauteurde la houle locale ou au large (p. ex. Hs ou Hso) et/ou des priodes de houle particulires (p. ex.Tm, Tm-1,0 ou Tp). En ce qui concerne la hauteur de la houle, on utilise soit la hauteur significa-tive issue de lanalyse dans le domaine temporel (Hs = H1/3) soit la hauteur significative calcu-le partir du spectre (Hs = Hm0). La cambrure (nominale), s (-), et le paramtre de dferlement, (-), doivent comporter des indices qui indiquent quelle hauteur locale et quelle priode de lahoule ont servi dans le calcul :

som et m, lorsque Hs (m) (d'aprs un enregistrement de houle) et la priode moyenne, Tm (s),sont utiliss ;

sop et p, lorsque Hs (m) (d'aprs un enregistrement de houle) et la priode de pic, Tp (s), sontutiliss ;

sm-1,0 et m-1,0, lorsque Hm0 (m) et la priode nergtique, Tm-1,0 (s), dtermines partir duspectre, sont utiliss ;

ss-1,0 et s-1,0, lorsque Hs (d'aprs un enregistrement de houle) et la priode nergtique, Tm-1,0,sont utiliss ;

sp, pour signifier la cambrure relle au pied de l'ouvrage, cest--dire le rapport entre Hsd'aprs un enregistrement et la longueur d'onde locale, Lp (m), associe la priode de pic,Tp (s).

Lanalyse spectrale de la houle est aborde la Section 4.2.4. Il est possible dutiliser lquation5.3 pour la conversion dune priode de pic donne, Tp (s), en une priode spectrale pour un spec-tre pic unique, Tm-1,0 (s), en eau relativement profonde (cest--dire h/Hs-en pied > 3, o h est lahauteur deau en pied douvrage (m)).

(5.3)

Le rapport entre la priode de pic et la priode moyenne de la houle, Tp/Tm, est gnralementcompris entre 1.1 et 1.25. Pour plus de renseignements sur les diffrents ratios de priodes de lahoule, se reporter la Section 4.2.4.5.

Dans la plupart des formules prsentes dans cette section, la hauteur de la houle, H, et la priodede la houle, T, sont dfinies au pied de louvrage. Si ce sont les paramtres de houle au large quisont utiliss, cela est clairement signal.

Figure 5.3 Types de dferlement en fonction de (Battjes, 1974)


504 CETMEF

Run-up (et run-down) de la houle

Laction de la houle sur un talus entranera une oscillation de la surface de leau sur une tendueverticale gnralement plus importante que la hauteur de la houle incidente. Les niveaux extre-mums atteints par chaque vague sont respectivement appels run-up, Ru, et run-down, Rd, et sontdfinis verticalement par rapport au niveau de leau au repos (voir la Figure 5.2) et exprims enmtres. Pour la conception, le niveau de run-up peut tre utilis pour dterminer le niveau de lacrte dun ouvrage, la limite suprieure de la protection ou dautres lments structurels de lou-vrage, ou servir dindicateur de franchissement ou de transmission de la houle. Le niveau de run-down est souvent utilis pour dterminer ltendue infrieure de la carapace.

Franchissement de la houle

Si les niveaux extremums de run-up dpassent le niveau de crte, louvrage va tre franchi. Cecipeut se produire pour un nombre relativement faible de vagues pendant la tempte de dimen-sionnement et un faible taux de franchissement peut souvent tre accept sans que cela nen-trane de graves consquences pour louvrage ou pour la zone protge. Lors de la conceptiondouvrages hydrauliques, le franchissement sert souvent dterminer le niveau de crte et la go-mtrie de la section en garantissant que le dbit franchissant moyen spcifique, q (m3/s par mtrelinaire de crte), reste infrieur des limites acceptables dans les conditions de dimensionne-ment. On utilise galement souvent le volume franchissant maximum, Vmax (m3/s par mtrelinaire de crte), comme paramtre de dimensionnement.

Transmission de la houle

Les digues dont la crte est relativement basse peuvent tre franchies avec suffisamment de sv-rit pour que cela donne naissance une houle derrire louvrage. Si la digue est construite avecdes matriaux relativement permables, de longues priodes de houle peuvent entraner la trans-mission de lnergie de la houle travers louvrage. Dans certains cas, les deux types de rponsespeuvent se combiner. La quantification de la transmission de la houle est importante lors de laconception de digues crte abaisse, destines protger les plages ou le littoral, et lors de laconception de digues portuaires, pour lesquelles la transmission de la houle (longue) pourraitcauser des mouvements de navires.

Le rsultat de la transmission est exprim par le coefficient de transmission, Ct (-) (voir lqua-tion 5.4), dfini comme tant le rapport entre la hauteur de la houle transmise, Ht, et la hauteurde la houle incidente, Hi :

(5.4)

Rflexion de la houle

La rflexion de la houle est importante sur les ctes, lentre et lintrieur des ports.Linteraction entre la houle incidente et la houle rflchie entrane souvent un tat de mer confusdevant louvrage et des vagues occasionnellement cambres et instables pouvant compliquer lesmanuvres de navigation. lintrieur des ports, la rflexion de la houle, plutt que sa dissipationsur les ouvrages, peut galement gner les bateaux amarrs et affecter des zones portuaires quitaient auparavant protges de laction de la houle. La rflexion entrane un accroissement de lavitesse orbitale de pic et augmente la probabilit de mouvement des sdiments du fond et des pla-ges. En cas de houle oblique, la rflexion accentuera le courant littoral et de fait le transport sdi-mentaire local.Tous les ouvrages ctiers rflchissent une partie de lnergie de la houle incidente.

La rflexion de la houle est exprime par un coefficient de rflexion, Cr (-), (voir lquation 5.5),dfini comme tant le rapport entre la hauteur de la houle rflchie, Hr, et la hauteur de la houleincidente, Hi :

(5.5)


505CETMEF

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8

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10

5.1.1.2 Run-up de la houle

Le run-up de la houle est dfini comme le niveau maximal que leau atteint sur le talus dunouvrage du fait de laction de la houle. L'estimation de run-up, Ru, peut reposer sur des quationsempiriques simples obtenues partir des rsultats dessais effectus sur des modles physiques, ousur des modles numriques dinteraction houle/ouvrage. Chacune des mthodes de calcul exigeque les paramtres soient dfinis avec prcision. Le run-up est dfini verticalement par rapport auniveau de leau au repos et sera positif sil dpasse ce niveau, comme lillustre la Figure 5.2. Le run-up et le run-down sont souvent donns sous forme adimensionnelle en divisant leur valeur par lahauteur significative de la houle louvrage, par exemple Run%/Hs et Rdn%/Hs, o lindice suppl-mentaire n sert exprimer le niveau de dpassement considr, par exemple 2 %. Ce niveaude dpassement est li au nombre de vagues incidentes.

Contrairement la houle rgulire, pour laquelle il nexiste quune seule valeur maximale de run-up, la houle irrgulire engendre une distribution du run-up. Il est par consquent ncessaire queles formules de run-up dterminent un paramtre reprsentatif de cette distribution. lheureactuelle, le paramtre de run-up de la houle irrgulire le plus communment utilis est Ru2% (m).

Cette section est consacre principalement au run-up de la houle. Toutefois, lEncadr 5.1 situ la fin de la section propose des informations sur le run-down.

Approche fondamentale

La plupart des concepts actuels de run-up consistent en une formule de base qui est une fonctionlinaire plutt simple du paramtre de dferlement, (-), dfini par lquation 5.2. Lquation5.6 exprime la relation gnrale qui existe entre le run-up dpass par 2 % des vagues, Ru2% (m),la pente du talus, la hauteur et la priode de la houle ( travers ).

(5.6)

o A et B sont des coefficients dajustement (-) dfinis ci-dessous.

En houle alatoire, le run-up varie en fonction de la hauteur et de la longueur donde de la houle.En rgle gnrale, la forme de la distribution de probabilit des run-up nest pas bien tablie.Certains rsultats d'essais suggrent que, pour des configurations simples avec des pentes com-prises entre 4/3 et 5/2, il est possible de prendre pour hypothse une distribution de Rayleigh (voirlEncadr 4.10) pour le run-up, lorsquaucune autre donne nest disponible.

Les ouvrages hydrauliques peuvent tre classs selon la rugosit de leur talus et selon leur per-mabilit. La plupart des donnes disponibles sur le run-up de la houle concernent des talusimpermables et essentiellement lisses, bien que quelques mesures en laboratoire aient t faitessur des talus en enrochement et permables.

Dans le contexte de ce guide, on sintresse explicitement aux talus en enrochement pour lesquelsdes mthodes spcifiques ont t mises au point. Les mthodes rserves aux talus lisses pourrontcependant tre utilises pour les talus en enrochements intgralement lis au bton ou au bitume.

Dans certains cas, les mthodes d'estimation labores pour les talus lisses peuvent servir pourles talus rugueux, en appliquant un facteur de correction de rugosit. Des facteurs de correctionpeuvent galement tre utiliss pour prendre en compte des lments qui rendent la situationplus complexe, tels quune houle oblique, une eau peu profonde et des talus berme. Toutefois, la place des facteurs de correction, quelques formules explicites ont t mises au point pour lestalus rugueux et permables et pour des conditions particulires telles que les vagues induites parla navigation.

Les diffrentes mthodes de calcul du run-up de la houle sont illustres la Figure 5.4. Unemthode de calcul de la vitesse du run-up et de lpaisseur de la lame deau est prsente lEncadr 5.5 de la Section 5.1.1.3.


506 CETMEF

Figure 5.4 Mthodes de calcul du run-up de la houle

NOTE : il existe diffrentes approches pour calculer le run-up. Il est conseill lutilisateur duneformule den vrifier tout dabord la validit dans le domaine de lapplication dsire. Les domai-nes de validit et les principales diffrences sont donns pour chacune des approches proposes ;aucune prfrence nest accorde lune ou lautre des formules. Si plus dune formule est consi-dre comme valide, il est conseill deffectuer une analyse de sensibilit sur le choix de la for-mule. Celle-ci doit tre choisie selon que, pour une application spcifique, il est ncessaire davoirune estimation scuritaire ou optimale (une moyenne).

Talus lisses

Sur la base de mesures,Ahrens (1981) a labor une courbe d'estimation correspondant lqua-tion 5.6 pour le run-up dpass par 2 % des vagues, en utilisant p, avec les coefficients A = 1.6 etB = 0 pour p < 2.5. Pour des valeurs du paramtre de dferlement plus importantes (cest--direp > 2.5), les coefficients A et B de la courbe deviennent alors A = - 0.2 et B = 4.5.

Allsop et al. (1985) ont galement mis au point une courbe d'estimation correspondant lqua-tion 5.6 pour des valeurs du paramtre de dferlement, p, comprises entre 2.8 et 6. Pour estimerle run-up dpass par 2 % des vagues, les coefficients suivants sont suggrs (marges de scuritexclues) : A = - 0.21 et B = 3.39.

Pour les courbes de prdiction dAhrens (1981) et dAllsop et al. (1985), des facteurs de correc-tion peuvent tre utiliss pour prendre en compte linfluence des bermes, b, de la rugosit dutalus, f, de l'obliquit de la houle, , et de l'eau peu profonde, h, voir lquation 5.7. Ces facteursde correction seront prsents plus tard dans cette section. Pour des talus lisses et de penteconstante avec une houle perpendiculaire et en eau profonde, ces facteurs sont tous gaux 1.0.

(5.7)

Une courbe d'estimation labore aux Pays-Bas et prsente dans un rapport du TAW intitulTechnical Report on Wave Run-up and Overtopping at Dikes (Rapport technique sur le run-up etle franchissement de la houle sur les digues) (TAW, 2002a), utilise le paramtre de dferlementm-1,0, dtermin daprs la hauteur significative spectrale de la houle (Hs = Hm0) et de la priodemoyenne nergtique de la houle, Tm-1,0, au lieu de la hauteur significative de la houle calcule


507CETMEF

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Conditions spciales facteur de correction houle oblique eau peu profonde (p. ex. pour les quations de

Arhens et Allsop) talus berme

Conditions spciales formules explicites vagues induites par la navigation

Approche fondamentale du run-up quation 5.6

Talus lisses : Ahrens (1981) Allsop et al. (1985) TAW (2002a)

Talus rugueux facteurs de correction Talus rugueux formules explicites

par analyse dans le domaine temporel (Hs = H1/3) et de la priode de pic, Tp, comme le faisaientles mthodes dAhrens (1981) et dAllsop et al. (1985). La priode moyenne nergtique de lahoule, Tm-1,0, rend compte de linfluence de la forme du spectre et de l'eau peu profonde (VanGent, 2001 et 2002). Lanalyse spectrale de la houle est aborde la Section 4.2.4. Une rgle sim-ple destimation de Tm-1,0 est donne la Section 5.1.1.1.

Le TAW (2002a) propose les quations 5.8 et 5.9 pour la dtermination du run-up de la houle :

(5.8)

avec une limite maximale ou suprieure pour les valeurs de m-1,0 les plus leves (voir la Figure5.5) de :

(5.9)

Cette courbe d'estimation, reprsente la Figure 5.5, est valable pour 0.5 < b m-1,0 < 8 10. Lecoefficient de rduction en prsence dune berme, b, le coefficient de rduction en cas de talusrugueux, f, et le coefficient de rduction en prsence de houle oblique, , seront prsents unpeu plus loin dans cette section. Dans le cas d'un talus de pente constante et lisse en houle per-pendiculaire, ces facteurs sont tous gaux un. Des valeurs ont t calcules pour les coefficientsA, B et C des quations 5.8 et 5.9, qui reprsentent la tendance moyenne, , dans la totalit desdonnes utilises dans les calculs probabilistes. Pour les calculs dterministes, il est suggr duti-liser des valeurs qui intgrent une marge de scurit dun cart type, . Le Tableau 5.1 prsenteles deux valeurs pour chacun des trois coefficients A, B et C. Pour plus de renseignements surcette mthode, consulter le TAW (2002a).

Tableau 5.1 Valeurs des coefficients A, B et C des quations 5.8 et 5.9

Talus rugueux

Pour calculer le run-up de la houle sur les talus rugueux, il est possible dutiliser soit des facteursde correction de la rugosit soit des formules explicitement calcules. titre de premire estima-tion, il est possible dutiliser lapproximation suivante : Ru2%/Hs < 2.3.

Talus rugueux - facteurs de correction

Le calcul du run-up sur des talus rugueux impermables peut tre bas sur les mthodes rser-ves aux talus lisses nonces ci-dessus en appliquant un facteur de rduction, f, qui vient multi-plier le run-up obtenu sur un talus lisse. tant donn quil existe des diffrences entre les mtho-des consacres aux talus lisses (p. ex. la dfinition de la priode de la houle), les limites dutilisa-tion de ce facteur diffrent pour les mthodes d'estimation dAhrens (1981) et dAllsop et al.(1985), par rapport la mthode du TAW (2002a). ce propos, se reporter la note en dessousdu Tableau 5.2. Les coefficients de rugosit qui figurent au Tableau 5.2 sont extraits du TechnicalReport on Wave Run-up and Overtopping at Dikes du TAW (2002a).

Le Tableau 5.10 de la Section 5.1.1.3 prsente les coefficients de correction de rugosit pour destalus en enrochement artificiel. Ils ont t dtermins pour les calculs de franchissement etconviennent galement pour une premire estimation du run-up de la houle.


508 CETMEF

Coefficients (des Eq. 5.8 et 5.9)

Valeurs avec marge de scurit (-) - calculs dterministes

Valeurs sans marge de scurit -tendance moyenne/calculs probabilistes

A 1.75 1.65

B 4.3 4.0

C 1.6 1.5

Tableau 5.2 Valeurs du coefficient de rduction de rugosit, f (TAW, 2002a)

Notes :

1. Dans les mthodes utilisant lquation 5.7, le coefficient de rugosit, f, nest applicable que pour de petitesvaleurs du paramtre de dferlement : p < 3 4, car aucune donne nest disponible pour des valeurs de p plusgrandes.

2. Dans la mthode du TAW, qui utilise les quations 5.8 et 5.9, le coefficient de rugosit, f, nest applicable quepour bm-1,0 < 1.8. Pour des valeurs plus importantes, ce coefficient augmente de faon linaire jusqu 1 pourbm-1,0 = 10 et reste gal un pour des valeurs plus grandes.

Talus rugueux - formules explicites

Plutt que dutiliser les facteurs de correction de rugosit, des formules explicites ont t ta-blies partir dessais sur des talus rugueux en enrochement avec des noyaux permables etimpermables.

Pour la plupart des conditions de houle et des pentes d'ouvrages, un talus en enrochement dissipebien plus dnergie de la houle quun talus quivalent lisse ou impermable. En rgle gnrale, lerun-up est donc rduit. Cette rduction dpend de la permabilit de la carapace, du filtre et dessous-couches, ainsi que de la cambrure de la houle, s (-). Pour obtenir une variante lutilisationdun facteur de correction de rugosit, le run-up a t mesur sur des talus recouverts denroche-ment naturel ou de rip-rap lors d'essais en laboratoire, en houle rgulire ou alatoire. Dans denombreux cas, on a opt pour un noyau relativement permable. Les essais prsentent donc sou-vent une vaste gamme de rsultats au sein de laquelle le concepteur doit interpoler.

Lanalyse des rsultats des essais effectus par Van der Meer et Stam (1992) a permis de dtermi-ner des formules d'estimation (quations 5.10 et 5.11) pour des talus carapace en enrochementnaturel avec un noyau impermable, caractris par un coefficient de permabilit nominale P= 0.1 et pour des talus permables dune permabilit relativement leve, pour lesquelles P = 0.5et 0.6. Le coefficient de permabilit nominale, P (-), est prsent aux Sections 5.2.1.2 et 5.2.2.2.Il faut noter que cette analyse repose sur m.

(5.10)

(5.11)

Les courbes de prdiction bases sur les quations 5.10 et 5.11 donnent la tendance moyenne desdonnes et illustrent les conditions avec noyau permable et avec noyau impermable (grandedispersion des points).

Le run-up pour des ouvrages permables (P > 0.4) est limit un maximum, donn par lquation 5.12:

(5.12)

Les valeurs des coefficients a, b, c et d des quations 5.10 5.12 ont t dtermines pour diff-rents niveaux de dpassement du run-up. Elles sont prsentes au Tableau 5.3. La dispersionexprimentale de d est de lordre de 0.07.


509CETMEF

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10

Type douvrage fBton, bitume et herbe 1.0

Enrochements appareills 0.80 - 0.95

Enrochement naturel - couche unique sur une base impermable 0.70

Enrochement naturel - deux couches sur une base impermable 0.55

Enrochement naturel - base permable Figure 5.5

pour m 1.5

pour m > 1.5

Tableau 5.3 Coefficients des quations 5.10 5.12

Les quations 5.10 et 5.11 utilisent la priode moyenne de la houle, Tm, alors que pour les taluslisses, il sagissait de la priode moyenne nergtique de la houle, Tm-1,0 (quations 5.8 et 5.9).

Les recherches du programme CLASH de lUE ont dmontr que pour de petites valeurs duparamtre de dferlement, il y aurait une diffrence entre les valeurs de Ru,2% dans le cas de sous-couches permables et dans le cas de sous-couches impermables. Cest pour cette raison que lesdonnes initiales de Van der Meer et Stam (1992) ont t ranalyses, ce qui a conduit aux cour-bes d'estimation prsentes la Figure 5.5.

La Figure 5.5 prsente les rsultats pour trois talus avec noyau impermable et trois talus avecnoyau permable ; chacun de ces noyaux est reprsent par une courbe de prdiction. Par ailleurs,une troisime courbe d'estimation a t ajoute pour les talus lisses. La courbe correspondant un noyau impermable est base sur f = 0.55 et la courbe correspondant un noyau permablesur f = 0.4 (voir galement le Tableau 5.10). partir de m-1,0 = 1.8, le coefficient de correctionde rugosit augmente de manire linaire jusqu 1 pour m-1,0 = 10, puis il reste gal 1 pour desvaleurs suprieures. Toutefois, dans le cas dun noyau permable, un maximum de Ru2%/Hs = 1.97(voir le Tableau 5.1) est atteint.

Figure 5.5 Run-up relatif sur des talus en enrochement en fonction de la permabilit du noyau,

dtermin laide du paramtre de dferlement calcul partir des valeurs spectrales

de la houle, m-1,0, et des quations 5.8, 5.9 et 5.12.


510 CETMEF

Run-up dpass par n % des vagues a b c d

0.1 1.12 1.34 0.55 2.58

1 1.01 1.24 0.48 2.15

2 0.96 1.17 0.46 1.97

5 0.86 1.05 0.44 1.68

10 0.77 0.94 0.42 1.45

50 (valeur mdiane) 0.47 0.60 0.34 0.82

Conditions particulires

Les effets de la houle oblique (au moyen du facteur de correction, ), de l'eau peu profonde (aumoyen du coefficient de rduction, h), des talus berme (au moyen du facteur de correction b)et des vagues induites par la navigation (avec des formules explicites) sur le run-up de la houlesont prsents dans ce qui suit.

Houle oblique

En cas de houle oblique, langle dincidence de la houle, (), est dfini comme langle form parla direction de propagation de la houle et laxe perpendiculaire louvrage (pour une attaquenormale, = 0).

NOTE : langle dincidence de la houle est langle obtenu aprs tout changement de direction de lahoule due la rfraction sur les fonds en avant de l'ouvrage.

La plupart des recherches effectues sur linfluence de lincidence de la houle concerne des casde houle longue qui na pas de distribution directionnelle. Toutefois, dans la nature, la houle estcourte (seule la houle ocanique peut tre considre comme longue), ce qui signifie que les cr-tes des vagues ont une longueur finie et que la houle a une direction dincidence moyenne. Cettedispersion directionnelle de la houle courte affecte le run-up et les franchissements.

Les conclusions concernant la prise en compte de la houle oblique dans le calcul du run-up -applicables toutes les mthodes prsentes - sont les suivantes :

le run-up (et le franchissement) de la houle courte est maximal pour une incidence normalede la houle ;

le coefficient de rduction du run-up pour des angles d'incidence importants de la houlecourte nest pas infrieur 0.8, par rapport un angle dincidence nul.

Lquation 5.13 donne le facteur de correction pour les diffrentes mthodes de calcul du run-up dune houle courte oblique :

(5.13)

Pour les angles dincidence > 80, le calcul est effectu avec = 80.

NOTE : une houle oblique a une influence lgrement moins importante sur le run-up que sur lesfranchissements. Voir les quations 5.37 5.39.

Eau peu profonde

En eau peu profonde, gnralement dfinie par h/Hs-en pied < 3, o h est la profondeur deau aupied de louvrage (m), la distribution des hauteurs de la houle et le spectre nergtique de lahoule changent. La distribution des hauteurs de la houle, par exemple, scarte de la distributionde Rayleigh (voir la Section 4.2.4). Il en rsulte que H2%/Hs peut tre infrieur 1.4 (Rayleigh),avec des valeurs habituellement comprises entre 1.1 et 1.4. Dans lquation 5.7, linfluence duchangement de distribution de la hauteur des vagues sur le run-up peut tre exprime par uncoefficient de rduction de profondeur, h (-), calcul partir de H2% et Hs au pied de l'ouvrageselon lquation 5.14.

(5.14)

La valeur du coefficient de rduction de profondeur est : h = 1 en eau profonde, cest--dire pourh/Hs-en pied 4. La mthode de Battjes et Groenendijk (2000) donne une approche gnrique per-mettant dobtenir des estimations du ratio H2%/Hs (voir la Section 4.2.4.4).


511CETMEF

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9

10

pour 0 80


512 CETMEF

Les quations 5.8 et 5.9 prsentes par le TAW (2002a) sont bases sur des essais incluant desessais en eau peu profonde. Cette mthode d'estimation est donc galement applicable dans cedomaine sans quil soit ncessaire davoir recours un coefficient de rduction. Les effets de laprofondeur d'eau sur le run-up sont abords par Van Gent (2001), par exemple.

Talus berme

Le TAW (2002a) propose une mthode pour prendre en compte linfluence des talus berme surle run-up (et sur le franchissement) de la houle. Cette mthode est divise en deux tapes :

1. Calcul de langle de talus reprsentatif, (), afin de dterminer le paramtre de dferlement, .

2. Calcul du facteur de correction en prsence dune berme, b.

NOTE : le facteur de correction, b, est valide pour les mthodes d'Arhens (1981), Allsop et al.(1985) et galement pour la mthode du TAW (2002a).

La Figure 5.6 et lquation 5.15 montrent comment obtenir langle de talus reprsentatif, , quiest utilis dans le calcul du paramtre de dferlement, ncessaire pour dterminer le run-up de lahoule (voir lquation 5.8).

Figure 5.6 Dfinition dun angle de talus reprsentatif, dsign par tan

(5.15)

NOTE : tant donn que lquation 5.15 contient le run-up Ru2%, qui est inconnu ce stade, cettevaleur doit tre dtermine laide dune approche itrative. La procdure standard est de com-mencer par une valeur de Ru2% gale 1.5Hm0 ou 2Hm0. Aprs avoir dtermin le paramtre dedferlement m-1,0 = tan/ sm-1,0 et par la suite le run-up grce lquation 5.8, il est ncessairede vrifier si lcart par rapport lhypothse de valeur initiale est acceptable ou pas.

Aprs avoir obtenu le paramtre de dferlement, , utiliser dans la mthode d'estimation, unfacteur de correction en prsence dune berme, b, est propos par le TAW (2002a). Ce facteur decorrection (voir lquation 5.16) est compos de deux coefficients, lun pour linfluence de la lar-geur de la berme, kB, et lautre pour la position du milieu de la berme par rapport au niveau deleau au repos, kh :

(5.16)

Cette mthode est valable pour les bermes dont la largeur reste infrieure au quart de la longueurdonde de la houle au large, Lo (m), calcule dans cette mthode avec Tm-1, 0. Elle nest galementvalable que pour le calcul de linfluence des bermes dont la pente reste infrieure 15/1, et lesbermes inclines dans cet ordre de grandeur doivent tre dfinies comme quivalentes uneberme horizontale (Baprs = BB dans lquation 5.17), tel que prsent la Figure 5.7. Si la pentede la berme est suprieure 15/1, il est suggr de calculer le run-up (et le franchissement) de lahoule par interpolation entre la berme la plus raide (15/1) et un talus rgulier (8/1), ou par inter-polation entre les rsultats pour une berme la plus longue possible (Lo/4) et les rsultats prenanten compte une eau peu profonde.

avec 0.6 b 1.0

Figure 5.7 Dfinition de la largeur de berme, B, utilise dans lquation 5.17, et de la hauteur deau au-

dessus de la berme, hB

Le facteur dinfluence de la largeur de berme, kB, est calcul l'aide de lquation 5.17, la lon-gueur de berme, Lberme (m), est montre la Figure 5.8 :

(5.17)

Figure 5.8 Talus berme

Avec lapproche du TAW (2002a), une berme positionne au niveau de leau au repos est parti-culirement efficace. Linfluence de la berme disparat lorsquelle est situe au-dessus du run-up,Ru2%, ou lorsquelle se trouve plus de 2Hm0 en dessous du niveau de leau au repos. Linfluencede la position de la berme peut tre dtermine au moyen dune fonction cosinus, dans laquellele cosinus est donn en radians, par lquation 5.18 :

(5.18)

o

x = Ru2% si la berme est au-dessus du niveau de leau au repos, soit 0 < hB < Ru2% ;

x = 2Hm0 si la berme est en dessous du niveau de leau au repos, soit 0 hB < 2Hm0 ;kh = 1 si la berme est en dehors de la zone dinfluence, soit hB -Ru2% ou hB 2Hm0.

NOTE : dans le cas o une berme se trouve au-dessus du niveau de leau au repos, il faut adopterune approche itrative pour calculer la valeur finale du run-up de la houle, tant donn que ceparamtre fait partie de lquation 5.16 ( travers lquation 5.18), pour dterminer le coefficientde rduction en prsence dune berme, b. La procdure standard est de commencer par unevaleur de Ru2%, gale 1.5Hm0 ou 2Hm0, puis de vrifier le rsultat du calcul afin de dterminersi lcart est acceptable ou pas. Pour plus de renseignements sur cette mthode, consulter le rap-port du TAW (2002a).

Vagues induites par la navigation

Lensemble des relations empiriques suivantes a t labor pour le run-up des vagues induitespar la navigation (pour la dfinition des mouvements d'eau induits par la navigation, H et Hi, sereporter la Section 4.3.4). Les formules ont t calibres pour des navires traditionnels circulantsur les voies navigables intrieures nerlandaises et doivent tre considres comme spcifiques ce cas particulier (voir AIPCN, 1987). Des paramtres pour les vagues induites par la naviga-


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tion similaires ceux de la houle souleve par le vent ont t utiliss. Le run-up des vagues indui-tes par la navigation, Ru, est exprim en fonction d'un paramtre de dferlement, , par les qua-tions 5.19 5.21 :

(5.19)

(5.20)

(5.21)

o = tan / Hi /Li et Li est la longueur donde (m) gale : 4/3 Vs2/g (voir les Sections 4.3.4.2et 5.2.2.2).

tant donn le caractre spcifique des formules ci-dessus, leur fiabilit pour un cas arbitrairepeut tre limite.

Le run-up est maximal pour les crtes dinterfrences ou les ondes secondaires induites par lanavigation avec un angle dincidence, (). Il peut tre estim laide de lquation 5.22.

(5.22)

Cette quation 5.22 est valable pour les talus de pente constante et lisse. Ainsi, pour obtenir lerun-up rel, il faut le multiplier par un coefficient de correction de rugosit, f, et, le cas chant,par un coefficient de rduction en prsence dune berme, b. Les valeurs classiques du coefficientde correction de rugosit, f, sont prsentes au Tableau 5.2.

Run-down de la houle

Le niveau deau le plus bas atteint par la houle sur un talus est appel run-down de la houle, Rd.Celui-ci est dfini verticalement par rapport au niveau de leau au repos et sera positif sil est inf-rieur au niveau de leau au repos, comme le montre la Figure 5.2. LEncadr 5.1 contient desinformations sur le run-down de la houle.

Encadr 5.1 Run-down de la houle


514 CETMEF

pour 2.6

pour 2.6 < < 3.0

pour 3.0

Le run-down sur des talus lisses et de pente constante peut tre calcul au moyen des quations 5.23 et 5.24

(5.23)

(5.24)

Le run-down sur des talus permables en enrochement est influenc par la permabilit de louvrage etpar le paramtre de dferlement. Pour une carapace en enrochement granulomtrie tale ou pour un rip-rap sur un talus impermable, une expression simple (voir lquation 5.25) du run-down maximal, considrcomme tant celui dpass par 1 % des vagues, a t tablie partir dessais mens par Thompson etShuttler (1975) :

(5.25)

Lanalyse du run-down par Van der Meer (1988b) a donn une relation (quation 5.26) qui inclut les effets dela permabilit de louvrage, P (-), de langle du talus, (), et de la cambrure nominale de la houle, som (-) :

(5.26)

pour 0 < p < 4

pour p 4

5.1.1.3 Franchissement de la houle

Lors du dimensionnement de nombreux ouvrages hydrauliques, la cote d'arase de la crte estdtermine par le dbit franchissant de la houle. En houle alatoire, le dbit franchissant variebeaucoup dune vague lautre. Pour les cas spcifiques, il existe gnralement peu de donnespour quantifier cette variation, notamment parce quil y a de nombreux paramtres prendre encompte, lis la houle, la gomtrie du talus et de la crte ou au vent. Il suffit souvent dutiliserle dbit moyen, gnralement exprim sous forme dun dbit spcifique par mtre linaire decrte, q (m3/s par mtre linaire ou l/s par mtre linaire). Le Tableau 5.4 numre des valeurs cri-tiques de q suggres pour divers scnarios de dimensionnement. Les mthodes d'estimation dudbit franchissant moyen sont prsentes dans cette section.

Le Tableau 5.4 prsente galement les volumes franchissants maximums critiques, Vmax (m3 parmtre linaire), qui peuvent avoir une importance bien plus grande que les dbits critiques danscertaines circonstances. Toutefois, sur la base dhypothses ou dtudes spcifiques, le volumefranchissant maximal peut gnralement tre dfini par le dbit franchissant moyen. Les mtho-des d'estimation des volumes franchissants associs des vagues individuelles, de mme que lesinformations sur les vitesses et lpaisseur des lames deau au moment du run-up et du franchis-sement de la houle sont relativement rcentes. Quelques suggestions figurent la fin de cette sec-tion et lEncadr 5.4.


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Tableau 5.4 Dbits et volumes franchissants critiques (Allsop et al., 2005)


516 CETMEF

qDbit franchissant moyen

(m3/s par m)

VmaxVolume franchissant

maximum (m3/m)

Pitons

Dangereux pour des pitons ignorant les risques, plutt facile-ment contraris ou effrays ; pas de visibilit claire sur la mer,passages troits ou bord trs proche

q > 310-5 Vmax > 210-3 - 510-3

Dangereux pour des pitons conscients des risques, pas facile-ment contraris ou effrays, capables de tolrer dtre mouills ;bonne visibilit sur la mer, passage plus large

q > 110-4 Vmax > 0.02 - 0.05

Dangereux pour le personnel form, bien chauss et protg,qui sattend tre mouill ; franchissement des niveaux basseulement, pas de retombes, faible risque de chute depuis lepassage

q > 110-3 - 0.01 Vmax > 0.5

Vhicules

Dangereux en cas de conduite vitesse modre ou rapide,franchissement impulsif donnant lieu des retombes ou desjets trs rapides

q > 110-5 - 510-5 Vmax > 510-3

Dangereux en cas de conduite au pas, franchissement parcoulements pulsatoires des niveaux bas seulement, pas deretombes

q > 0.01 - 0.05 Vmax > 0.1

Marinas

Naufrage de petits bateaux amarrs 5-10 mtres du mur,dgts sur les bateaux de plus grande taille q > 0.01 Vmax > 1 - 10

Dgts importants sur de plus grands bateaux, voire naufrage q > 0.05 Vmax > 5 - 50

Btiments

Aucun dgt q < 110-6

Dgts mineurs sur les installations etc. 110-6 < q < 310-5

Dgts structurels q > 310-5

Digues talus

Aucun dgt q < 210-3

Dgts si la crte nest pas protge 210-3 < q < 0.02

Dgts si le talus arrire nest pas protg 0.02 < q < 0.05

Dgts mme si la protection est complte q > 0.05

Revtements de haut de plage, protection de terre-plein

Aucun dgt q < 0.05

Dgts si l'arase n'est pas protge 0.05 < q < 0.2

Dgts mme si l'arase est protge q > 0.2

Approche fondamentale

Les mthodes de calcul du franchissement de la houle reposent gnralement sur des formulesde type exponentiel dans lesquelles le dbit franchissant spcifique moyen, q (m3/s par m) estdonn par lquation 5.27 :

(5.27)

Dans cette quation, les coefficients A et B dpendent, selon la mthode employe, de param-tres qui se rapportent louvrage, tels que langle du talus, la largeur de la berme, etc. Le franchis-sement est galement fonction de la revanche de la crte, Rc, dfinie comme la hauteur de la crteau-dessus du niveau de leau au repos considr.

NOTE : dans la littrature, on utilise galement le symbole Q pour reprsenter le dbit franchis-sant ; dans ce guide, Q dsigne le dbit total (m3/s) et q le dbit spcifique (m3/s par m).

Comme pour le run-up de la houle, il existe diffrentes mthodes pour prdire le franchissementen fonction des types douvrages hydrauliques (talus lisses ou rugueux, permables ou imperma-bles), bases sur lquation 5.27. Il est galement possible de prendre en compte des situationsplus complexes, telles qu'une houle oblique, une eau peu profonde ou une berme dans le talus,soit en utilisant des facteurs de correction soit par le biais de formules explicites. Ces diffrentesmthodes d'estimation du franchissement sont lies, comme lindique la Figure 5.9.

Il est conseill lutilisateur des formules de franchissement prsentes dans cette section denvrifier tout dabord la validit dans le domaine de lapplication dsire. Si plus dune formule estconsidre comme valide, il est conseill deffectuer une analyse de sensibilit sur le choix de laformule. Celle-ci doit tre choisie selon que, pour une application spcifique, il est ncessairedavoir une estimation scuritaire ou optimale (une moyenne).

Figure 5.9 Mthodes de calcul du franchissement de la houle

NOTE : en dehors des mthodes analytiques prsentes la Figure 5.9 et dveloppes ultrieure-ment, il est galement possible de faire appel des rseaux neuronaux, qui sont lun des rsultatsdu projet de recherche CLASH de lUE. LEncadr 5.2 contient plus dinformations ce sujet.


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Talus lisses :

Owen (1980) incluant les talus berme TAW (2002a) incluant des formules en eau peu profonde

Conditions spciales facteur de correction

houle oblique Besley (1999), TAW (2002,a) talus berme (p. ex. pour la mthode TAW) houle ocanique mthode d'Owen

(Hawkes et al., 1998)

Conditions spciales formules explicites

digues berme reprofilable Lissey (1993)

Talus rugueux facteurs decorrection

Talus rugueux avec mur decouronnement formulesexplicites

Approche fondamentale du franchissement quation 5.27


518 CETMEF

Encadr 5.2 Approche particulire : utilisation des rsultats d'une modlisation par rseau neuronal

Talus lisses

Pour calculer le franchissement de talus lisses et impermables, deux mthodes d'estimation sontprsentes ici : 1) la mthode propose par Owen (1980) et 2) la mthode de Van der Meer, expo-se dans le rapport du TAW (2002a). La principale diffrence entre ces deux mthodes rsidedans le domaine de validit relatif la cambrure de la houle et au paramtre de dferlement, cequi est prcis plus loin. Ces mthodes ont t tablies pour des dbits franchissant spcifiques,q, variant de 0.1 l/s/ml 10 l/s/ml environ. En cas de dbit moindre, Hedges et Reis (1998) ont la-bor un modle bas sur la thorie de franchissement en houle rgulire.

Mthode d'Owen (1980)

Pour calculer le dbit franchissant moyenn sur le temps pour des talus lisses, la revanche adi-mensionnelle, R* (-), et le dbit franchissant spcifique adimensionnel, Q* (-), ont t dterminspar Owen (1980) grce aux quations 5.28 et 5.29 et en utilisant la priode moyenne de la houle,Tm (s), et la hauteur significative de la houle, Hs (m), au pied de l'ouvrage :

(5.28)

(5.29)

o Rc reprsente la revanche, c'est--dire la hauteur de la crte par rapport au niveau de leau aurepos (m), som est la cambrure nominale de la houle calcule avec Tm (voir l'quation 5.1) et q ledbit franchissant spcifique moyen (m3/s par m).

Lquation 5.30 donne la relation entre les paramtres adimensionnels dfinis dans les quations5.28 et 5.29.

(5.30)

o a et b sont des coefficients calculs de manire empirique qui dpendent de la section de l'ou-vrage, et f est un facteur de correction de rugosit, similaire celui utilis pour calculer le run-up de la houle (voir la Section 5.1.1.2).

Linfluence dune berme nest pas prise en compte en utilisant un facteur de correction (commedans le cas du run-up), mais au moyen de coefficients a et b appropris (voir le Tableau 5.6) ; etl'influence d'une houle oblique n'est pas considre en utilisant un facteur de correction commecela est le cas pour le run-up, mais par le biais d'un rapport de franchissement, q /q (voir lesquations 5.37 et 5.38). Lintroduction du facteur de correction f 1, implique dans la pratiqueune rduction de la revanche requise, Rc (m). Pour les talus lisses soumis une incidence normalede la houle et en eau profonde, le facteur de correction f est gal 1.0.

En dehors des mthodes d'estimation gnrales pour des ouvrages types, il est possible d'utiliser les outilsde modlisation par rseau neuronal dvelopps dans le cadre du projet de recherche europen CLASH.Ceci s'applique en particulier aux ouvrages non-standard, voir Pozueta et al. (2004). Le nombre important deparamtres influenant le franchissement des ouvrages ctiers complique la description des principauxeffets. Pour de tels phnomnes o les interrelations entre les paramtres ne sont pas claires, la modlisa-tion par rseau neuronal peut tre une alternative adquate. Les rseaux neuronaux sont des techniquesd'analyse ou d'assimilation de donnes communment utilises en intelligence artificielle. Les rseaux neu-ronaux sont souvent utiliss comme des techniques de rgression gnralises pour la modlisation des rela-tions de cause effet. Cette technique a souvent t mise en uvre avec succs dans le pass pour rsou-dre des problmes de modlisation complexes dans les domaines scientifique et technique.Un rseau neuronal a t tabli partir d'une base de donnes comprenant plus de 10000 rsultats d'essaissur le franchissement. L'utilisateur peut galement estimer le franchissement d'ouvrages ctiers non-standard voir Van der Meer et al. (2005).

NOTE : lquation 5.28 est valable pour 0.05 < R* < 0.30 et pour des variations limites de cam-brure de la houle : 0.035 < som < 0.055, o som = 2Hs/(gTm2), voir Hawkes et al. (1998). De rcentsrsultats dessais, rapports par Le Fur et al. (2005), indiquent que le domaine de validit de lamthode dOwen peut tre tendu : 0.05 < R* < 0.60.

Owen (1980) a appliqu lquation 5.30 des talus lisses et de pente constante et des talus lis-ses berme.

Pour les talus lisses et de pente constante, les valeurs de a et b utiliser dans lquation 5.30 sontdonnes au Tableau 5.5. Ces valeurs ont t lgrement revues depuis lpoque o Owen les avaitrecommandes, aprs la publication de nouveaux rsultats d'essais dans le Manual onOvertopping of Seawalls (guide sur le franchissement des ouvrages de haut de plage) de lAgencebritannique de lenvironnement (Besley, 1999).

Pour tendre le domaine d'application de la mthode dOwen, Le Fur et al. (2005) ont calcul descoefficients pour des talus de pente 6/1, 8/1, 10/1 et 15/1 (voir le Tableau 5.5). tant donn que cescoefficients ont un plus haut degr dincertitude, leur utilisation est dconseille pour des calculsprcis, mais ils peuvent convenir une estimation prliminaire.

Il a t dcouvert que la mthode de prdiction pour les talus de pente 10/1 et 15/1 pouvait treamliore lorsque la hauteur de la houle incidente tait corrige en hauteur de la houle en zone deshoaling avant dferlement. Une propagation linaire a t applique la houle incidentejusquau point de dferlement, mais pas au-del (voir la Section 4.2.4.7). Cette hauteur de houleajuste a ensuite t utilise pour dterminer Q* et R* laide de la mthode dOwen et des coef-ficients du Tableau 5.5.

Pour calculer cet ajustement, on suppose que les vagues doivent parcourir jusqu 80 % de la lon-gueur donde de la houle locale, L, avant dachever leur processus de dferlement. Si la distancehorizontale depuis le pied de louvrage jusqu la surface de leau au repos sur le talus de lou-vrage est suprieure 0.8 L, la hauteur de la houle incidente doit alors tre ajuste par un coef-ficient de shoaling appropri jusqu cette position avant que R* ne soit calcul.

Tableau 5.5 Valeurs des coefficients a et b dans lquation 5.30

pour des talus lisses et de pente constante

Note : les valeurs signales par *) prsentent un degr dincertitude suprieur celui des autres, voir Le Fur et al. (2005)


519CETMEF

1

2

3

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5

6

7

8

9

10

Pente a b

1/1 7.9410-3 20.1

3/2 8.8410-3 19.9

2/1 9.3910-3 21.6

5/2 1.0310-2 24.5

3/1 1.0910-2 28.7

7/2 1.1210-2 34.1

4/1 1.1610-2 41.0

9/2 1.2010-2 47.7

5/1 1.3110-2 55.6

6/1*) 1.010-2 658/1*) 1.010-2 8610/1*) 1.010-2 10815/1*) 1.010-2 162

la Figure 5.10, le dbit franchissant adimensionnel, Q* (-), estim laide de la mthodedOwen, est prsent pour diffrentes pentes de talus. Pour les faibles hauteurs de crte et lesforts dbits, les courbes convergent, ce qui indique que dans ce cas la pente du talus nimporteplus. En outre, les dbits pour des talus de pente 1/1 et 2/1 sont pratiquement gaux.

Figure 5.10 Dbits franchissant pour des talus lisses et de pente constante, en utilisant Q* et R*

Owen (1980) a galement ajust lquation 5.30, toujours en utilisant la priode moyenne de lahoule, Tm, aux profils lisses berme figurant la Figure 5.11. Le Tableau 5.6 prsente les valeurscorrespondantes de a et de b pour une srie de combinaisons de pentes, de hauteurs deau au-des-sus de la berme, hB, et de largeurs de berme, BB, comme la rapport Besley (1999).

NOTE : il est fortement dconseill dessayer dutiliser ces valeurs pour des gomtries douvragesautres que celles qui sont indiques la Figure 5.11. Mme pour les configurations de bermesdonnes, ces valeurs ne doivent tre utilises que pour des estimations prliminaires.

NOTE : la mthode du TAW, aborde plus loin dans cette section, peut galement tre utilise pourcalculer le franchissement de talus berme.

Figure 5.11 Exemple-type de profil lisse berme


520 CETMEF


521CETMEF

1

2

3

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6

7

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Tableau 5.6 Valeurs des coefficients a et b de lquation 5.30 pour les talus lisses berme

(voir galement la Figure 5.11)

Conditions de houle ocanique

La mthode dOwen a t dveloppe partir dune houle dont la cambrure tait typique de celleoccasionne par une tempte, soit 0.035 < som < 0.055. Hawkes et al. (1998) ont dcouvert que lamthode dOwen ne pouvait pas tre applique la houle ocanique car elle tend surestimerde manire significative les dbits lorsque la cambrure de la houle est faible. Il a donc t suggrde corriger ce phnomne (voir lquation 5.31) en introduisant un facteur dajustement, F (-),bas sur le paramtre de dferlement, m = tan / som (voir le Tableau 5.7) :

(5.31)

Il a t dcouvert que la mthode dOwen (quations 5.28 5.30) n'tait strictement applicablequ'aux vagues plongeantes, dfinies par Hawkes et al. (1998) comme tant caractrises par m< 2.5. Dans dautres conditions, on peut prdire le dbit franchissant en le corrigeant au moyendu facteur dajustement, F (-), dont des valeurs indicatives sont donnes au Tableau 5.7.

Tableau 5.7 Facteur dajustement dans des conditions de faible cambrure de la houle

Pente hB (m) BB (m) a b

1/1

- 4.0 10

6.4010-3 19.50

2/1 9.1110-3 21.50

4/1 1.4510-2 41.10

1/1

- 2.0 5

3.4010-3 16.52

2/1 9.8010-3 23.98

4/1 1.5910-2 46.63

1/1

- 2.0 10

1.6310-3 14.85

2/1 2.1410-3 18.03

4/1 3.9310-3 41.92

1/1

- 2.0 20

8.8010-4 14.76

2/1 2.0010-3 24.81

4/1 8.5010-3 50.40

1/1

- 2.0 40

3.8010-4 22.65

2/1 5.0010-4 25.93

4/1 4.7010-3 51.23

1/1

- 2.0 80

2.4010-4 25.90

2/1 3.8010-4 25.76

4/1 8.8010-4 58.24

Pente hB (m) BB (m) a b

1/1

- 1.0 5

1.5510-2 32.68

2/1 1.9010-2 37.27

4/1 5.0010-2 70.32

1/1

- 1.0 10

9.2510-3 38.90

2/1 3.3910-2 53.30

4/1 3.0310-2 79.60

1/1

- 1.0 20

7.5010-3 45.61

2/1 3.4010-3 49.97

4/1 3.9010-3 61.57

1/1

- 1.0 40

1.2010-3 49.30

2/1 2.3510-3 56.18

4/1 1.4510-4 63.43

1/1

- 1.0 80

4.1010-5 51.41

2/1 6.6010-5 66.54

4/1 5.4010-5 71.59

1/1

0.0 10

8.2510-3 40.94

2/1 1.7810-2 52.80

4/1 1.1310-2 68.66

Intervalle du paramtre de dferlement Facteur dajustement F

0.0 < m 2.5 1.0

2.5 < m 3.0 0.3

3.0 < m 4.3 0.2

m > 4.3 0.1

9

10

Mthode du TAW (2002a)

Dans le rapport du TAW (2002a), le franchissement est exprim par deux formules dveloppespar Van der Meer : lune pour les vagues dferlantes (b m-1,0 < 2), pour lesquelles le franchis-sement de la houle augmente avec laccroissement du paramtre de dferlement, et lautre pourles vagues non-dferlantes (b m-1,0 > 2), pour lesquelles le franchissement maximal est atteint.Les relations compltes entre le dbit franchissant spcifique moyen adimensionnel, q (m3/s parm), et les paramtres hydrauliques et structurels dimensionnant sont donnes aux quations 5.32et 5.33. Ces formules sont applicables une vaste gamme de conditions de houle.

Pour de la houle dferlante (b m-1,0 < 2) :

(5.32)

avec un maximum (pour la houle non-dferlante, gnralement atteint lorsque b m-1,0 > 2) :

(5.33)

o b, f et sont des facteurs de correction pour prendre en compte la prsence de berme, de larugosit du talus et de l'angle d'incidence de la houle, etm-1,0 est le paramtre de dferlementlocal calcul partir de la hauteur significative spectrale, Hm0, et de la priode nergtiquemoyenne, Tm-1,0, toutes deux issues du spectre de la houle en pied d'ouvrage.

De la mme manire que pour la mthode de calcul du run-up par le TAW (voir la Section5.1.1.2), les valeurs des coefficients A, B, C et D des quations 5.32 et 5.33 ont t calcules, ilsreprsentent la tendance moyenne de la totalit des donnes utilises dans les calculs probabilis-tes. Dautres valeurs (pour les paramtres B et D), incluant une marge de scurit de 1, sont sug-gres des fins dterministes. Ces valeurs sont prsentes au Tableau 5.8. Pour plus de rensei-gnements sur cette mthode, consulter le rapport du TAW (2002a).

Tableau 5.8 Valeurs des coefficients A, B, C et D dans les quations 5.32 et 5.33

NOTE : la mthode du TAW utilise la hauteur significative spectrale de la houle, Hm0, et la priodenergtique moyenne de la houle, Tm-1,0 (dduite du spectre de la houle en pied d'ouvrage), surla base des recherches de Van Gent (2001, 2002). Cette priode de la houle est utilise dans le cal-cul du nombre dIribarren, m-1,0. Lanalyse spectrale de la houle est aborde la Section 4.2.4 etune rgle simple destimation de Tm-1,0 est donne la Section 5.1.1.1.

Comme pour lquation dOwen, des facteurs de correction sont utiliss dans la mthode du TAW(quations 5.32 et 5.33) afin de tenir compte de diverses situations plus complexes. Ces facteurs,reprsents par le symbole , sont dfinis plus loin dans cette section lorsque les conditions quiles concernent sont abordes.

LEncadr 5.3 donne un exemple de calcul du dbit franchissant de la houle moyenn sur letemps laide de la mthode du TAW.

LEncadr 5.4 compare la mthode dOwen et la mthode du TAW grce un exemple de calcul.


522 CETMEF

Coefficientsdes Eqs 5.32 et 5.33

Valeurs avec marge de scurit(-) - calculs dterministes

Valeurs sans marge de scurit - tendancemoyenne/calculs probabilistes

A 0.067 0.067

B 4.30 4.75

C 0.20 0.20

D 2.30 2.60


523CETMEF

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Encadr 5.3 Calcul du franchissement de la houle avec la mthode du TAW

Encadr 5.4 Comparaison entre la mthode dOwen (1980) et la mthode du TAW (2002a) pour le

franchissement

La Figure 5.12 propose un exemple de calcul du franchissement de la houle laide de la mthode du TAW.Trois courbes sont donnes pour trois valeurs de revanche relative diffrentes, Rc /Hm0. Dans lexemple, onprend pour hypothse de base un talus de pente constante de 3/1 et lisse, subissant une incidence normalede la houle.

Figure 5.12 Franchissement de la houle en fonction du paramtre de dferlement (talus de pente 3/1)

Par exemle, pour un talus berme dont les parties suprieure et infrieure sont lisses et de pente 4/1, les deuxmthodes de calcul du dbit franchissant moyenn sur le temps, q (m3/s par m) sont prsentes ci-dessous.Les donnes hydrauliques de base sont les suivantes : incidence normale de la houle, eau relativement pro-fonde : H1/3 = 2.0 m; Hm0 = 2.1 m ; Tm = 6 s ; Tm-1,0 = 6.5 s (typique dune mer de vent). Les donnes structu-relles sont les suivantes : Rc = 4 m ; largeur de berme, BB = 10 m; hauteur deau au-dessus de la berme, hB= 1 m (cest--dire berme au-dessous du niveau de leau au repos) ; tan = 1/4 (pentes suprieure et inf-rieure) ; hauteur deau devant louvrage, hs = 4 m.

La diffrence entre les rsultats des calculs du dbit franchissant spcifique pour chacune des deux mtho-des est minime. Ceci est principalement d au fait que cet exemple entre bien dans le domaine de validit dela mthode dOwen. Cest surtout pour des valeurs de plus importantes que les diffrences seront plus mar-ques. Les deux mthodes ont des domaines dapplication qui se chevauchent, mais elles ont galementleurs propres domaines de validit, qui doivent tre pris en compte lorsquon les utilise.

NOTE : pour des configurations du talus avant diffrentes, en particulier en prsence d'enrochement naturelde blocomtrie standard ou de d'autres types de carapace (avec ou sans couronnement), le calcul s'appuyantsur les mthodes d'Owen ou du TAW est similaire celui expos ci-dessus pour les talus lisses. Les effets dela rugosit du talus et de la permabilit de l'ouvrage sont couverts par un facteur de correction, f (voir lesquations 5.30 pour Owen et 5.32 pour le TAW). La mme mthode s'applique l'influence de l'incidence dela houle : soit le facteur de correction ( pour la mthode du TAW) ou le rapport de franchissement (pour lamthode d'Owen). L'influence du mur du couronnement est couverte par l'application d'un coefficient spcifi-que (pour la mthode d'Owen, voir le Tableau 5.11).

Mthode dOwen Mthode du TAW

Cambrure som = 2Hs /(gTm2) = 0.036m = tan / som = 1.32 (dans le domaine de validit)

Talus reprsentatif : tan = 0.25 (Ru2% = 1.5Hm0)(voir lquation 5.15)

a = 0.3 ; b = 79.6 (voir le Tableau 5.6) Paramtre de dferlement, m-1,0 = 1.40

R* = 0.15 (voir lquation 5.28) Facteur de correction en prsence dune berme,b = 1- kb (1- kh) = 0.65 (voir les quations 5.16 5.18)

Q* = a exp(-b R*) = 210-6 (voir lquation 5.30) Facteur A = 0.067; facteur B = 4.3 (voir le Tableau 5.8)

q = 118 Q* = 0.2 l/s par m (voir lquation 5.29) q = 0.15 l/s par m (voir lquation 5.32)

L'importance du franchissement de la houle et les exigences de dimensionnement sont abordesdans la note spciale ci-dessous.

Eau peu profonde

Le TAW (2002a) propose une formule distincte pour estimer le franchissement en eau peu ou trspeu profonde, car ces conditions peuvent induire des valeurs importantes du paramtre de dfer-lement pour lesquelles le franchissement de la houle sera suprieur celui qui a t calcul aumoyen des quations 5.32 et 5.33. La formule du franchissement de la houle en eau peu ou trspeu profonde, avec m-1,0 > 7, est donne par lquation 5.34.

NOTE : dans cette quation 5.34, il est galement fait usage de la hauteur significative spectrale dela houle, Hm0 (m), et de la priode nergtique moyenne de la houle, Tm-1,0 (s), pour calculer leparamtre de dferlement m-1,0.

Les quations 5.32 et 5.33 sont valables pour des conditions allant jusqu m-1,0 5. Lorsque 5 < m-1,0 < 7, il est suggr dinterpoler entre les rsultats obtenus avec les quations 5.32 ou 5.33et les rsultats obtenus avec lquation 5.34.

NOTE : il est possible de rencontrer des valeurs suprieures du paramtre de dferlement en cas detalus trs raide (2/1 ou plus) en eau relativement profonde vrifier avec le rapportprofondeur/hauteur de la houle: h > 3 Hs-en pied. Dans ce cas, les quations 5.32 et 5.33 peuvent treutilises.

Talus rugueux

Talus rugueux avec noyau impermable - facteurs de correction

Dans le cas de talus rugueux impermables, la mthode dOwen (1980) et celle du TAW (2002a)pour les talus lisses peuvent toutes deux tre utilises pour calculer le franchissement, en y int-grant un facteur de correction tenant compte de la rugosit du talus. Des valeurs lgrement dif-frentes ont t rapportes pour le coefficient de correction de rugosit, f, par Besley (1999) etpar le TAW (2002a), pour les mthodes dOwen et du TAW, respectivement. Le Tableau 5.9 pr-sente les deux sries de coefficients de rugosit. Les valeurs du TAW sont galement applicables

(5.34)

NOTE : considrations lies aux franchissementsDans de nombreux cas, le dbit franchissant spcifique, q, n'est pas un rsultat des calculs de dimensionne-ment utilisant les mthodes d'Owen ou du TAW, mais plutt une donne d'entre, en particulier quand l'ou-vrage est accessible par le public, pour lequel la scurit du public et des infrastructures sont des facteursdimensionnants importants. Un dbit franchissant spcifique, q (l/s par m), et un volume franchissant, Vmax (lpar m), donns sont dans ce cas les conditions aux limites pour le dimensionnement de l'ouvrage (voir leTableau 5.4). Les autres paramtres structurels revanche, berme, permabilit, pente et rugosit du talus sont des paramtres variables lors du dimensionnement de la section transversale.La hauteur de la crte peut dans le mme temps tre soumise des contraintes, par exemple l'impact visueld'un mur de haut de plage ou d'un revtement. Ceci laisse peu de libert pour le dimensionnement, seulesla pente et la rugosit du talus et la configuration de la berme (si une berme peut tre mise en place) peu-vent tre modifies pour arriver un dimensionnement de la section qui satisfasse les contraintes concer-nant le franchissement limit et la hauteur de l'ouvrage.Si l'ouvrage est protg par une carapace en enrochement naturel, il n'est presque pas possible de fairevarier la rugosit du talus avant (voir les Tableaux 5.9 et 5.10) ce qui limite encore plus les liberts de dimen-sionnement.Le cot peut tre une contrainte en ce qui concerne le choix du talus avant : un talus raide donne plus de fran-chissement, mais demande moins de matriaux (cependant des enrochements plus gros sont ncessairespour la stabilit, voir la Section 5.2.2).En conclusion, le nombre de variables lors du dimensionnement d'un ouvrage en enrochement est assezgrand, mais dans de nombreux cas l'intervalle de variation de ces paramtres structurels est limit. Le ma-tre d'uvre (en lien troit avec le matre d'ouvrage) doit tre au fait de ces contraintes.


524 CETMEF

au run-up de la houle et sont identiques aux valeurs numres dans le Tableau 5.2. Les valeursdu coefficient de rugosit ont t calcules lorigine pour des talus simples, mais elles peuventgalement tre appliques de faon scuritaire la mthode dOwen portant sur les talus berme.

Tableau 5.9 Valeurs du coefficient de rduction de rugosit, f selon Besley (1999) et TAW (2002a)

Note : pour la mthode du TAW, le coefficient de rugosit f nest applicable que pour bm-1,0 < 2. Pour des valeursplus grandes, ce coefficient crot de manire linaire jusqu 1 pour bm-1,0 = 10, puis reste gal 1 pour des valeurssuprieures.

Talus rugueux avec noyau permable

Dans le cadre du programme de recherche europen CLASH, des essais ont t entrepris afin decalculer les coefficients de rugosit pour lenrochement naturel et pour divers enrochements arti-ficiels sur des talus permables (Pearson et al., 2004). Pour ces diffrents types de carapaces, lefranchissement a t mesur sur un talus permable de pente 3/2 un point de rfrence situ 3 Dn partir du bord de la crte. Il a t tabli que les caractristiques du franchissement suiventla tendance gnrale de la mthode du TAW. Les rsultats prsents au Tableau 5.10 (applicables la mthode du TAW) peuvent donc tre utiliss pour estimer le franchissement des ouvragespermables composs d'un talus de pente 3/2. Ils sappliquent galement aux calculs du run-upde la houle. Ces valeurs ne doivent servir qu des estimations prliminaires et il est recommandde procder une modlisation physique pour les ouvrages utilisant ces types de blocs lorsqueles exigences en matire de franchissement sont strictes.

Type douvragef selon lamthodedOwen

Type douvragef selon la

mthode deTAW

Bton ou bitume lisse 1.0 Bton, bitume et herbe 1.0

Enrochements appareills 0.95 Enrochements appareills 0.80 0.95



Enrochement naturel - couche unique sur une base permable 0.55 0.60

Enrochement naturel - deux cou-ches sur une base impermable 0.55

Enrochement naturel - deux couches 0.50 0.55


525CETMEF

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tableau 5.10 Valeurs du coefficient de rduction de rugosit, f, pour les ouvrages permables (Pearson et al., 2004)

Note : pour la mthode du TAW, le coefficient de rduction de rugosit, f, nest applicable que pour bm-1,0 < 2.Pour des valeurs plus grandes, ce coefficient crot de manire linaire jusqu 1 pour bm-1,0 = 10 puis reste gal 1 pour des valeurs suprieures.

Stewart et al. (2003) ont galement effectu des essais pour tudier le franchissement des talus enenrochement permables. Pour la mthode dOwen, ils sont arrivs des valeurs de f = 0.54 et0.48 pour des carapaces en enrochement en simple et double couche, respectivement, places surdes ouvrages au noyau permable. Ces valeurs sont lgrement en dessous des limites infrieuresdonnes au Tableau 5.9, ce qui indique que les valeurs du Tableau 5.9 peuvent tre appliques defaon scuritaire aux estimations de franchissement sur des ouvrages permables. Les rsultatsont galement t compars la mthode d'estimation du TAW, pour la

chapitre 005

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