Les Enrochements

Cette synthèse des études sur le thème Les enrochements réalisées dans le cadre des recherches du LCPC a été conduite par un groupe de travail composé de :

M. Evrard, Rapporteur, Laboratoire régional de Rouen~' M. A/lard, Labomtoire régional d'Aix-en-Provence M. Chevassu, Laboratoire régional de Saint-Brieuc M. Robert, Labomtoire régional de Toulouse M. Vi/lain, Laboratoire régional de Lyon

Se sont associés à ce groupe de tmvail pour aborder des problèmes particuliers :

M. Lm'l'ous, Ingénieur TPE, Arrondissement maritime, Direction départementale de l'Équipement du Calvados M. Paradis, Ingénieur des Travaux maritimes, Chef de section travaux maritimes de Cherbourg-Marine nationale M. Merlin, Ingénieur STe PMVN

M. Tine/, Directeur de l'entreprise TP Normandie

M. Rochet, Secrétaire du groupe de recherche mécanique des roches, Labomtoire central des Ponts et Chaussées M. Denis, Chef du groupe granulats, mécanique des roches, Laboratoire central des Ponts et Chaussées

Nous avons bénéficié par ailleurs, des observations du groupe de tm va il"'* mis en place par fe Service technique central des Ports maritimes et Voies navigables présidé par M. Manadier et M. Aristagues (M. Evrard représentant le CETE).

Les illustrations des pages de garde sont de M. Yardin du Laboratoire régional de Saint-Brieuc.

*

Actuellement chef du groupe Mécanique des roches au Laboratoire régional de Lyon.

**

Groupe de travail sur la surveillance, J'entretien et la réparation des ouvrages extérieurs des ports maritimes.

MINISTÈRE DE L'ÉQUIPEMENT, DU LOGEMENT, DES TRANSPORTS ET DE LA MER LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSÉES

58, boulevard Lefebvre- 75732 PARIS CEDEX 15 Tél.: (1) 40.43.50.00 -Télex: LCPARI 200361 F

Septembre 1989

Ce document est propriété de l'Administration et ne peut être reproduit, même partiellement, sans l'autorisation du Directeur du Laboratoire central des Ponts et Chaussées

(ou de ses représentants autorisés).

©

1989-LCPC ISBN 2-7208-6200-2

s

•

a re

Présentation

5

Avant-propos

7

I

-

Les enrochements dans les ouvr

ages

9

I - Objet et finalité des enrochements 11

II - Préoccupations techniques des services projeteurs 18

III - Paramètres de conception et ressources disponibles 30

II - Caractéristiques

générales

des enrochements et méthodes de détermination

33

I - Masses et granularité des enrochements II - Forme des enrochements

III - Appréciation de la fissuration des roches par l'indice de continuité IV - Essai de résistance mécanique

V - Résistance au gel

III - L'exploitation des

carrières

et la production d'enrochements naturels

I - Problèmes posés II - Les carrières en activité III - Ouverture d'un site nouveau IV - Les enrochements artificiels

Annexe : Prévision de blocométrie à partir de diagraphies microsismiques

IV

-

Recommandations de spécification pour enrochements et contrôles

I - Spécifications des enrochements II - Agrément des carrières

III - Le contrôle IV - La mise en œuvre

Références bibliographiques

36 43 44

46

49

51

53 54 61

69

70 83 85 88 88 97 106

. . - - - DÉFINITION DES NOT A TI ONS ET DES UNITÉS UTILISÉES POUR CE DOCUMENT - - - - .

Dans les formules de dimensionnement

fiJI : masse (t) W50 : masse moyenne H : hauteur de la houle (m) a= H/2 : amplitude de la houle

Dl' : profondeur du bloc par rapport au niveau d'eau (rn) k" : coefficient variable intervenant dans les formules :

r:J. angle du talus avec l'horizontale (degrés) Jl coefficient de frottement

e indice des vides

l'l coefficient de forme du bloc Pn : masse volumique du bloc (t/m3 ) p,., : masse volumique de l'eau (tfm3

)

Knn : indice de stabilité pris en compte dans les formules donnant la masse moyenne des enrochements E : épaisseur des carapaces

N s : nombre de blocs par unité de surface Q : débit de rivière (m3

) Ru : rayon hydraulique (m)

1 : pente moyenne des fonds de rivière

Ks : coefficient de rugosité. Section mouillée de l'écoulement

v;

,

: vitess

e d'entraînement des matériaux (m/s)

d : diamètre d'un enrochement sphérique

G : plus grande dimension mesurable perpendiculairement à la direction de L L : plus grande dimension d'un bloc

PR

ÉS

E

N

TATIO

N

Marcel RAT Directeur technique

au Laboratoire central des Ponts et Chaussées

La réalisation

de nombreux

ouvrages

fluviaux ou

maritimes

de

protection

a entraîné une augmentation de

la

consommation des enrochements. Pour tous

ces ouvrages,

les

maîtres d'œuvre se

posent les

mêmes questions: compte tenu

du contexte hydraulique, quelles caractéristiques doivent présenter ces enroche

-ments? Les carrières régionales peuvent-elles les

fournir

ou doit

-

on rechercher

une

z

one d'emprunt? Dans ce cas, quell

e

s sont

les

méthodes de reconnaissance

géotechniques que

l'on

doit mettre en œuvre? Qu'elles spécifications faut

-

il

imposer? Comment doit-on contrôler et suivre une

fourniture

d'enrochements ?

Toutes ces questions

ont

été posées au réseau des

laboratoires.

Pour

certaines, la réponse se trouvait dans

la littérature,

malheureusement très

dispersée; mais pour

la

majorité,

il

n'y avait pas de réponse

claire

et des

recherches s'imposaient. Cinq

laboratoires, qui avaient été confrontés

à

ces

problèmes y participèrent, mais il faut souligner que c'est aussi grâce

à

l'expérience acquise par tout le réseau dans

le

domaine des g1:anulats qu'elles

purent être menées à leur terme.

D

e

l'ensemble des résultats obtenus, je retiendrai plus particulièrement

:

-

la méthodologie d'étude des

g

isements, l'u

t

ilisation des diagraphi

es

microsismiques permettant d

'

évaluer correctement

la

proportion d'enrochement

d'un

e

taill

e

donnée, que l'on obtiendra

à

l'abattage;

-

la mesure de

l'indice

de continuité de l'enrochement permettant de mettre

e

n

é

vidence les blocs microfissurés

,

qui se fra

c

tureront lors du transport

,

d

e

leu

r

mise en œuvre ou de la première tempête;

la mise au point d'un peson pour contrôler simplement la masse des

blocs;

la proposition de classer les enrochements en trois catégories en fon

c

tion

des

sollicitations au

x

quelles il

s s

eront soumi

s

dans l'ouv

r

ag

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Je

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érence pour tous

l

es maîtres d'œuvre et les bureaux d'étude

.

Aussi,

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es auteur

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o

cume

n

t.

AVANT-PROPOS

ENROCHEMENT

«ensemble de blocs de roche extraits en carrière, de forme quelconque, mais de poids imposé, pouvant aller jusqu'à plusieurs centaines de kilos, et utilisés pour la protection des parties immergées des ouvrages d'art»

«ils servent à protéger les constructions submergées contre les affouillements. Ils s'emploient dans les ports pour préserver les digues et les jetées. On les utilise aussi en avant des murs de quais de cours d'eau au courant violent. Ces roches ou ces blocs sont le plus souvent coulés irrégulièrement au fond de !'eau; pmfois, ils sont posés côte à côte suivant une direction déterminée, de façon à former une plate-forme servant de base aux constructions à bâtir» ...

Grand Larousse Encyclopédique Cette définition correspond assez bien à l'idée que s'en font les carriers, les entreprises et

même certains maîtres d'œuvre. L'enrochement est traité comme un matériau banal, de forme quelconque sans particularité bien précise, si ce n'est son poids, qui est mis en place

irrégulièrement, sans plans bien précis.

Cependant, la réalité est tout autre. Le terme «enro-chement» recouvre en effet un éventail de matériaux

constitutifs d'ouvrage dont la masse du bloc unitaire

s'étage de 10 kg à 30 t; il s'agit d'éléments arrondis ou anguleux, naturels ou artificiels. Des études appro-fondies déterminent la masse unitaire à mettre en place.

Différents paramètres sont pris en compte et il importe

de bien connaître leur importance.

Ces dernières années ont vu une consommation croissante des enrochements de toutes catégories. Les raisons en sont multiples:

- développement de gros ou v rages en mer liés à la construction de centrales nucléaires, de postes min

éra-liers, de ports de plaisance ;

- reconstruction de digues ou d'épis détruits au cours des dernières tempêtes dans le cadre de l'aménagement

du littoral;

rescindement de certains fleuves;

protection des berges des canaux ;

protection des piles de pan ts ;

construction de barrages.

L'utilisation des enrochements a progressé du fait de leur facilité de mise en œuvre et des possibilités assez souples de rechargements en cas de désordres.

Notons également qu'actuellement les enrochements

en provenance des carrières de roches massives sont

moins chers que les cubes «béton», même quand la distance de transport est relativement importante.

Cependant, les maîtres d'œuvres se heurtent à un

certain nombre de difficultés et se posent des qu

es-tions:

- Quels enrochements choisir dans une région donnée? - Les carrières retenues pourront-elles vraiment approvisionner en continu le chantier dans les dimen

-sions requises au Cahier des Clauses techniques particulières (CcTP) ?

- Pour un chantier important, ne faut-il pas ouvrir une exploitation spécifique? Sur quels critères faire une estimation prévisionnelle de productions?

Quelles spécifications imposer?

Comment contrôler et suivre la fourniture?

Le réseau des LPc a, ces dernières années, mené des recherches sur ces différents axes. Le présent document est une synthèse des études entreprises et qui ont fait l'objet de rapports spécifiques.

Quatre thèmes importants sont traités : - Les enrochements dans les ouvrages.

- Les caractéristiques générales des enrochements. Les méthodes de détermination.

L'exploitation des enrochements. Les spécifications et le contrôle.

Le suivi et l'entretien des digues fera l'objet d'une publication ultérieure mais les problèmes posés seront cependant énumérés dans la conclusion.

Sommaire

1 -

Objet et finalité des enrochements

I.1 - Définition du problème

I.2 - Domaines de consommation des enrochements

II

-

Préoccupations techniques

des

services

projeteurs

II.1 - Données d'environnement de l'ouvrage Il.2 - Paramètres de conception

Il.3 - Constitution d'un corps de digue II.4 - Dimensionnement du bloc

ILS - Dimensionnement des enrochements dans le domaine marin Il.6 - Dimensionnement des enrochements dans le domaine fluvial

Il. 7 - Détermination de la granularité à mettre en place à partir du diamètre calculé Il.8 - Données sur les protections de piles d'ouvrages

III

-

Paramètres de conception et

ressources disponibles

Conclusion

Références

bibliographiques

11 11 11

18

18

18

18

20 21 25 30 30 30

31

32

1- OBJET ET FINALITÉ DES ENROCHEMENTS

1.1 - Définition du problème

La question préalable est de savoir pourquoi l'on envisage des ouvrages de protection, pourquoi ces protections sont prévues au moyen d'enrochements et quelle est, dans ce cas, l'utilisation que l'on en fait? A défaut de liste exhaustive, difficile à dresser en raison de la diversité des problèmes, on retiendra essentiel-lement:

- la défense du littoral contre les agents d'érosion et la protection des ouvrages portuaires ;

- la..défense des berges, des cours d'eau et des canaux, ainsi que la stabilisation des lits en plan et en profil ; - la protection des barrages en terre : les matériaux jouant ici non seulement le rôle de revêtement mais aussi de massif stabilisateur.

Ces différents types de défense illustrent la nécessité de protéger des ouvrages contre les agents d'érosion et d'altération et l'intérêt de rechercher, dans certains cas, un matériel lourd pour accrocher encore la protection ou la stabilité.

Par ailleurs, il faut faire intervenir les contextes économique el technique.

Le contexte économique

Les études comparatives sur les prix de revient entre un enrochement naturel et un enrochement béton montrent que le bloc de roche est d'un coût moindre que celui d'un bloc artificiel même si la distance de transport est parfois assez grande (plus de 100 km en ordre de grandeur dans l'Ouest).

Cela tient à plusieurs facteurs :

- les enrochements sont parfois considérés comme «stériles» dans certaines carrières de granulats (blocs mis en dépôt car trop gros pour passer dans le concasseur primaire) ou dans certaines exploitations de pierre de taille. Les «prix départ carrière» peuvent donc être relativement bas.

- l'élaboration d'un bloc béton suppose un approvi-sionnement en granulats et en ciment. Si la fourniture de granulats peut paraître assez aisée à obtenir à partir de la plupart des carrières d'une région donnée, le ciment n'est, quant à lui, pas toujours disponible. Cela est particulièrement vrai dans certains pays d' outre-mer, où les difficultés d'approvisionnement ou bien les conditions climatiques ne permettent pas de stocker du ciment en vrac très longtemps.

Pour les blocs de grande dimension, l'affirmation concernant les prix de revient n'est pas toujours vérifiée. Dans le cadre des appels d'offres lancés début 1984 par la Direction des Travaux maritimes de Cherbourg par exemple, les blocs de béton se sont trouvés moins chers à la tonne que les blocs de granite

(majoration de 32% pour des blocs de granite). La comparaison s'est retournée à l'avantage des blocs naturels en étudiant le coût au mètre linéaire de digue rechargée (économie de 2,6% pour la fourniture de blocs de granite et de 5% pour la fourni ture/pose). Cela est dü à la densité plus élevée du granite par rapport au béton qui permet d'en poser un tonnage bien inférieur, conformément à la formule d'Hudson où la densité joue un rôle très important.

Une étude comparative ne doit donc pas seulement se limiter â une étude du coût de la tonne.

Le contexte tee/mique

Plusieurs difficultés sont à noter dans la fourniture des blocs béton :

- les densités élevées sont difficiles à obtenir, - des problèmes d'alcali-réaction sont parfois signa-lés.

Rapportée au mètre linéaire, une digue consomme plus de blocs cubiques que d'éléments naturels en raison de la forme des éléments constitutifs et de l'arrangement possible des blocs.

Enfin, la mise en œuvre des enrochements présente un avantage certain. Le rechargement est réalisable dans des conditions d'interventions acceptables. L'imbrica-tion des blocs naturels étant plus« rustique», il s'ensuit des modalités de mise en œuvre et de rechargement moins contraignantes.

1.2 - Domaines de consommation des enrochements

Ces dix dernières années ont vu augmenter notablement la demande :

- construction de ports de commerce ;

- construction de centrales nucléaires sur le littoral : Flamanville, Paluel, Penly ... et sur certains fleuves (Rhône, Loire, Rhin);

- construction de ports de plaisance ;

- reconstruction de digues détruites par les tempêtes récentes dans le cadre de l'aménagement du territoire;

- construction de nouveaux ports outre-mer; - rescindements de fleuves et rivières, liés ou non aux travaux de déviation ou d'aménagement de nouvelles voies routières (par exemple digues submersibles);

- construction et reconstruction de protections de berges de canaux en raison de l'augmentation de la taille et de la vitesse des bateaux;

- endiguements contre les inonda ti ons ;

- protection des piles de ponts contre les affouil-lements;

- protection des pieds de falaises et de talus; - réalisation de barrages en terre et retenues colli -naires, digues de faible hauteur pom réserves d'eau;

Enrochement B 48, protection de berge.

Epi Oellon (Sète).

Port en Bessin Normandie. protection d'une digue en maçonnerie par enrochements granitiques.

Cap d'Agde, digue en enro-chement basallique.

Normandie, protection contre l'érosion marine, enrochements naturels divers et blocs létrapodes.

Cap d'Agde, épi, enrochements basaltiques.

-- barrages poids de grande hauteur pour énergie hydro-électrique (fig. 1 et 2).

Les volumes et les catégories d'enrochements varient suivant les projets. Ils peuvent être de quelques cen-taines de mètres cubes pour des protections de piles de pont, et de quelques milliers de mètres cubes pour une protection de berge. Pour un port nouveau, ou une centrale nucléaire maritime, la demande atteint ou dépasse parfois les 500 000 m3

. Les problèmes tec h-niques et économiques varient d'un projet à l'autre.

Dans le chapitre suil'ant, on rappelle, par 1111 descriptif sc1Jé111atique, la 1111ture des differents oul'rages qui existent pour c1Jacu11 des do111aines él'oqués.

Déferlement

----

---1.2.1 - Le domaine maritime et jlul'ial

Les ouvrages de d~fem·e traversaux Il s'agit essentiellement :

- des épis verticaux en enrochements en rempl ace-ment des ouvrages en bois, palplanches métalliques, maçonnerie, etc.,

des digues en enrochements naturels ou artificiels,

des seuils de rivières.

Les figures 3 à 5 illustrent quelques ouvrages types.

Enrochements

Plus hautes eaux

Couche de transition

Large

PM MVE +8,5 +9,5 PB MVE +0,3

Fig. 3 - Exemple classique de digue (coupe théorique).

Port

Terrain naturel variable

~

~Galets

~

Sitico-catcaire 0 à 2t

(.:=-:;-

j

Silico- calcaire tout venant . . Sitico-calcaire 0,5/2t

~

Enrochement naturel ou béton 1/Jt.

~

Enrochement béton 0/2t.

On retrouve les grandes lignes du schéma précédent. A noter les enrochements de différentes dimen -sions servant de couche de transition entre les

différents corps de digue. Fig. 4 - Schéma de principe de la digue du port d'Antifer (Seine-Maritime).

Les Olfl'l'{tges de d~/ense /ongitudinmt.Y

- perrés (avec protection de pied en palplanches ou

en enrochements), brise-mer, brise-lame,

digues et cordons longitudinaux en enrochements,

rideaux de palplanches métalliques, tunnage,

gabions.

Les figures 6 à 14 illustrent quelques exemples de ces

différents types d'ouvrages.

3.6

Fig. 6 - Enrochements destinés à la protection de la base de l'ouvrage.

11,3

Enrochement 0,5 à 2t

2,5 1,7 3,9 3,5

Fig. 7 - Enrochements de 0,5 à 21 disposés sur des matériaux graveleux destinés à empêcher l'entraînement des fines sableuses.

<1> .

-~

1

-~

i

u 5 5.~ l/3 ~Joyau clapé 5,5 - O c é a n

Fig. 8 - Exemple de brise-mer. Ouvrage se situant à environ 70 m devant la dune à protéger. Les enrochements varient de 2 à 6 1.

1.50 _Palplanches

Fig. 9 - Enrochements de 11 permettant d'éviter l'affouillement au pied des palplanches.

6,20

Tout venant calcaire

Fig.10-Digue de front de mer. Les enrochements de 1 à 3t reposent sur une couche intermédiaire de 50 à 500 kg.

+ 15

Fig. 11 - Exemple de brise-lame. On distingue dans cet ouvrage plusieurs types d'enrochements:

- 200 kg à 1 t et 1 à 31 côté océan sous le vent avec protection de tétrapodes de 20 m3

- 0,5 à 21.

Exemples d'ouvrages en rivières

granite 0-70kg

Tout venant rapporté

Gabion métallique 0.75x0.75 Fig_{Protection du Rhin}.12 _.

Tissu filtrant

Terre végétale 0.20 Cote des plus hautes eaux navigables

Grave naturelle 0/60 ou 0/100 sur 0,20m Cote des plus hautes eaux

Enrochement + 20% de grave 0/60

Enrochement quartzite 0.1.-1t

Crayeux

0 CMH

....

_

....

__

2

1.2.2 - Le domai11e des hal'rages et des digues e11 mer On distingue classiquement les ouvrages de grande et

de faible hauteur supérieure ou inférieure à 20 m ; ces

ouvrages présentent selon les sites et les matériaux disponibles, plusieurs types de conception, mais

néces-sitent très souvent des éléments de nature et de

granu-larité différentes.

On distingue donc également (autre classification) :

- les digues homogènes construites au moyen de

matériaux peu perméables, équipées de dispositifs de drainage interne, ou bien constituées d'un matériau

perméable et comportant une étanchéité amont (béton

bitumineux, plastique, etc., fig. 15);

- les digues à noyau vertical mince ou épais, à noyau

mince incliné vers l'amont, le noyau étant construit en

matériaux peu perméables, et les recharges en maté

-riaux perméables (fig. 16);

- les digues zonées dont les recharges sont constituées

de matériaux non homogènes : un matériau donné occupe une position d'autant plus centrale dans le corps

de digue que sa perméabilité est plus faible (fig. 17 et 18).

- - -Limite du Cobimat

Fig.13

Protection de l'Oise.

Fig. 14 - Digue en Seine (Honfleur), digue submersible.

Les premiers types (digues homogènes) sont plutôt des ouvrages de faible ou de moyenne hauteur; les deux

autres sont des solutions adoptées pour les ouvrages de hauteur moyenne ou grande.

Pour les barrages, les enrochements sont surtout uti-lisés en protection du talus amont contre l'effet des

vagues (ba tillage) de la retenue; ils peuvent d'ailleurs

être également utilisés à l'aval. En effet, ce n'est pas uniquement un simple moyen de revêtement, de pro -tection, mais bien un massif stabilisateur à drainage libre permettant de réduire très sensiblement le fruit des talus et, par suite, le volume total de l'ouvrage. En définitive, on note qu'une très grande partie des ouvrages, dans les domaines évoqués, sont constitués

de matériaux naturels comprenant en particulier des enrochements, selon des calibres et des dispositions bien

précises.

Dans la suite du texte, il sera question exclusivement du type d'ouvrage appelé comm1111ément «digue» .fluviale, marine ou «en terre» dans lequel il est besoin, pour tout ou partie, d'enrochements.

Enrochement de gazonné protection

Fondation argileuse

Barrage homogène. schéma de principe.

Avec tapis drainant Avec drain cheminée Avec étanchéité amont

Digues homogènes. Fig. 15- Digues et barrage homogènes

Noyau épais Noyau mince vertical Noyau mince incliné

Fig. 16 - Digues à noyau.

Enrochement de

Fig. 17 - Digue zonée.

imperméable

Enrochement en

TI- PRÉOCCUPATIONS TECHNIQUES DES SERVICES PROJETEURS

Un ouvrage est conçu de façon à être économique/Jlenl el techniquement viable.

Ainsi, la conception d'un ouvrage se traduit par diverses

variantes, sur les plans géométriques et hydrauliques, qu'il faut comparer.

Le dimensionnement sera différent selon le milieu, et pour l'appréhender les services projeteurs (bureaux d'études) devront : recueillir les données

d'environ-nement (au sens large) et fixer les paramètres de conception.

Par exemple, tel corps de digue sera choisi en raison de

tel problème maritime ou tluvial à résoudre dans la

région considérée.

TI.l - Données d'environnement de l'ouvrage

L'état des lieux et la nature du sous-sol, les condi

-tions hydrauliques et hydrogéologiques générales, la recherche du meilleur compromis entre le coût de construction et le coüt d'entretien, sont les principaux pôles d'intérêt.

Pour un bon comportement en cours de fonctionne -ment de l'ensemble des ouvrages et une protection

efficace de l'ouvrage lui-même, on peut retenir :

les conditions géologiques du site,

la nature des sols de fondation (terrains d'assise), les risques d'instabilité (des versants, des fonds marins ou des berges),

- la disponibilité en matériaux constitutifs (nature, éloignement),

- tous les éléments auxquels sont confrontés les ouvrages, tels que :

contexte hydrologique,

contexte climatique,

contexte d'utilisation (périodique ou permanente).

Les données spécifiques à recueillir sont :

• pour les ouvrages marins

- les marées et les conditions de houle (hauteur, période),

l'existence et la nature des courants,

la haute ur à protéger ;

• pour les ouvrages fluviaux

la vitesse du courant en période de crue, la hauteur d'eau et les fluctuations (batillage), le régime d'écoulement,

- la compétence,

- le remous occasionné par l'ouvrage et la profondeur d'affouillement, dans le cas des piles de pont,

- la hautem à protéger;

~ pour les barrages en terre la hauteur d'eau de la retenue, la hauteur des vagues,

les pressions (essentiellement charge totale de l'eau de la retenue),

- l'existence ou l'absence de nappes superficielles, - l'état de tïssuration des niveaux rocheux (s'il y a lieu),

- l'existence ou la pénurie de gisements de matériaux peu perméables et perméables,

- l'aire de la retenue.

II.2 - Paramètres de conception

L'ensemble des données précédentes est exploité pour

fixer un certain nombre de para111ètres qui serviront eux-mêmes à l'équilibre des solutions possibles et au

prédimensionnement de l'ouvrage.

C'est alors seulement qu'une étude comparative des diverses solutions sur le plan économique et technique

(réalisation, ressources en matériaux de caractéris-tiques données, approvisionnement, environnement

divers) pourra être conduite afin de concevoir à titre

définitif la structure de l'ouvrage et le

dimensionne-ment.

Ces paramètres concernent essentiellement :

- le volume et la géométrie de l'ouvrage en rapport avec sa finalité (longueur, déljmitation des emprises, pente, épaisseur d'enrochements) ;

- la reconnaissance des terrains de fondation de

l'ouvrage lui-même (stabilité, tassements), du réservoir

éventuellement et des zones d'emprunt; - l'étanchéité (problème des sous-pressions); - la détermination des caractéristiques du corps de

digue (résistance au cisaillement) et de sa constitution; nous traiterons plus en détail ci-après ce problème particulier.

II.3 - Constitution d'un corps de digue

La constitution des corps de digue (fig. 19 à 22) dépend

d'un compromis entre deux préoccupations souvent contradictoires :

- utiliser des matériaux peu coüteux,

- assurer une sécurité suffisante des ouvrages, en cours de chantier et ultérieurement, pour une pérennité acceptable.

Plus basses mers

d<13H

Carapace Filtre Noyau

Feuille ou membrane étanche b) détail du talus amont

Exemples de structures de digue " fi lire".

p P/10 P/1.000 à P/200 Digues en terre Tranchée drainante

Fig. 21 - Digues homogènes équipées

de drains-cheminée.

a) drain incliné raccordé en tapis drainant

b) drain vertical raccordé à des

tran-chées drainantes transversales

Fig. 22 - Digue homogène équipée d'une étanchéité amont.

a) profil de la digue

Enrochement

Feuille ou membrane étanche

c) détail du talus amont lorsque les infiltrations à travers l'étanchéité sont recueillies par un drain placé sous cette dernière.

Dans le cas des barrages, et en particulier des digues de montagne, la solution générale est la construction de l'ouvrage à partir de matériaux se trouvant dans le site du projet.

En ce qui concerne les digues fluviales ou marines, la solution n'est pas aussi tranchée.

La structure d'une digue comprend le soubassement,

Je corps de digue (couches internes et noyau), la carapace,

Je filtre et le noyau.

Entre Je terrain naturel et la fondation d'ouvrage, Je

soubassement est généralement constitué de matériaux de faible masse unitaire; le but de ce dispositif, qui s'interpose entre Je terrain naturel et les enrochements, est d'éviter le passage des éléments fins des terrains à travers ces enrochements*

Le corps de digue est cons ti tué :

- d'unfiltre composé d'une ou plusieurs couches de transition devant répondre aux conditions de filtre qui s'expriment par des règles empiriques ayant trait à la granularité du filtre et à celle du sol à protéger. On prend souvent les valeurs suivantes':":' :

DlSfiltre < 5Dsssol Dl5filtre > 5Dl5sol

(D11 désigne le diamètre des grains tel que la masse de la fraction du matériau ayant un diamètre D₁₁ représente un pourcentage de masse totale égal à n %) ;

- dans Je cas des barrages, d'un massif imperméable

in te me ou noyau, sur lequel viennent s'appuyer les recharges (couches-filtres mentionnées, ci-dessus). Lorsque des enrochements sont déposés sur une pente plus raide que 2/1, il est nécessaire d'avoir recours à une butée de pied, cela afin cl 'assurer la sla bi li té vis-à-vis de glissements et en vue de limiter ou supprimer les affouillements de pied.

La construction de la campace est importante car c'est elle qui subit les attaques les plus fortes (de la houle par exemple); les enrochements sont généralement disposés en deux couches et leur stabilité dépend, essentiellement, de leur masse volumique mais aussi de leur forme et d'une imbrication convenable.

*

Au contact en terrain naturel, le filtre est maintenant constitué fréquemment (dans les digues en terre) par un géotextile.

**

La règle générale (cf. formule donnant le dimensionn

e-ment des couches internes) concernant les filtres est celle

de Terzaghi, qui s'écrit :

4d15 <D15 <4 d85

avec d15 : diamètre à travers lequel passent 15 % des él é-ments de la catégorie inférieure,

d85 : diamètre à travers lequel passent 85 % des él

é-ments de la catégorie inférieure,

D15 : diamètre à travers lequel passent 15% des él

é-ments de la catégorie supérieure.

En résumé, une digue à talus est habituellement consti -tuée schématiquement :

- d'un massif en tout venant, formant le noyau,

- d'une carapace en gros enrochements (côté externe : mer, fleuve ou retenue),

- d'un filtre, intermédiaire entre les deux systèmes précédents, formé d'une ou plusieurs couches de masses unitaires intermédiaires.

REMARQUE

Pour les digues .fluviales, on parle courammenl de filtre (ou couches de tra11sition) au col/tact du termi11 naturel, de corps

d'enrochements {u11e ou deu.Y couches e11 gé11éml) et de

banquettes (butée de pied). Le noyau n'est pas systénw

li-quement prévu.

11.4 - Dimensionnement du bloc

La solution «enrochements» présente une grande variété de types de profils et de structures, toutefois le dimensionnement passe toujours par la définition (calcul) de la masse (ou diamètre) des matériaux constitutifs (bloc unitaire), et ce, quelle que soit la partie de l'ouvrage concerné.

Pour mieux situer les préoccupations concernant le dimensionnement et afin de disposer, au sein elu présent document des r~fërences les plus courantes, nous rap-pellerons les principales formules habituellement uti -lisées (formules empiriques basées généralement sur des études expérimentales sur modèle réduit, cf. § 11.5. ci-après).

Toutes ces formules prennent en compte des exi-gences hydrauliques (caractéristiques de la houle dans le domaine marin, vitesse du courant pour les rivières) car l'enrochement, une fois mis en place, doit résister aux forces «d'entraînement» qui le sollicitent. Plusieurs critères interviennent dans le dimensionne-ment du bloc :

- la vitesse de début d'entraînement des matériaux, - la position du bloc dans la structure de l'ouvrage (carapace, filtre, butée de pied, etc.).

Ensuite, la masse étant définie, il faut déterminer : - la granularité à mettre en place à partir du diamètre ou de la masse calculée,

- l'épaisseur minimale et le nombre de couches néces -saires selon les divers arrangements et structures.

Enfin, les enrochements sont rangés commercialement en catégories de masses (exemple 100 à 500 kg ; 500 à 2 000 kg; 2 000 à 5 000 kg, etc.) dont les caractéristiques sont définies par :

la masse moyenne des éléments

on admet r

la masse maximale des éléments admis W2, la masse minimale des éléments admis W3 .

Pour chaque catégorie, une tolérance de 10 % est habituellement admise pour la masse par rapport aux chiffres extrêmes et pour 5 % des blocs. Il est demandé assez couramment que 50 %au moins des blocs aient une masse unitaire supérieure à la masse moyenne de la catégorie.

On retiendra que certaines couches de transition d'enrochements jouent un rôle de filtre. Ce sont actue l-lement des critères dimensionnels qui relient la granul a-rité du filtre à choisir à celle du corps de digue par exemple et à la dimension des orifices captants de la carapace en enrochement.

De nombreux essais ont été effectués par Terzaghi et Berham puis par les laboratoires de l'US Bureau of Reclamations (UsBR) et de l'US Army Corps of Engineers (UseE). Ils concernaient au départ, les matériaux pour filtres de barrages en terre, et les critères proposés se retrouvent dans les ouvrages traitant des filtres (voir bibliographie).

Des fuseaux granulométriques sont donc parfois impo -sés et il convient de garder en mémoire leur importance.

REMARQUES GENERALES SUR LE DI~IENSIONNEMENT

JI es/ i111portan1 de souligner les difficultés rencontrées pour ho111ogénéiser les di l'erses for111ules, sou l'eni e111piriques, pr o-venant de ré(érences bibliographiques plus ou111oins anciennes. A litre indicatif; .figurent ci-après quelques j'or111ules .fi'équ em-menl utilisées pour le dimensionnel/lent des enrochements. Actuellement encore, les confusions sonr ji'équentes dans la 1er111inologie en/re poids el masse. A.fin, de res/er conforme

au système intemational (SI) on e111ploiem dans lesjoml/lles,

le lenne masse.

Par ailleurs, on indiquera pour chaque formule (numérotée

pour faciliter les références) une lettre indiquant le domaine

concerné :

@ : domaine marin,

® :

domaine nuvial,

® :

domaine des barrages en terre.

11.5 - Dimensionnement des enrochements dans le domaine marin

Ce chapitre est un rappel des formules usuelles et non une méthodologie de dimensionnement d'enroch e-ments de carapace qui reste du domaine des spécialistes des Services des Ports el Voies navigables. Plusieurs points mériteraient d'être abordés. A titre d'exemple,

citons :

Houle de projet : Quelle est la hauteur de houle à

introduire dans les formules H 1/3? H ljlO?; Notion de taux de dommage admissible et son innuence sur le paramètre kd;

Influence de divers paramètres tels que la durée de la tempête, la période de la houle, le déferlement; Traitement particulier des musoirs au point de vue dimensionnement des enrochements.

l/.5 .1 - Détermination de la masse Formules usuelles

Formule de Larras

masse du bloc

2nH

L

W

=

(~

-

1)

3

(cos a.-sin

et.?

Sll1 . À - - -4nDP

L

Pw

@) pour la campace Formule de la SOGREAH masse du bloc W

=

Pn 3 kH 3 ( 1 - 0,15)

(

~ _ 1) cotg a. - 0,8

Pw

avec k

= 0

,25 pour des enrochements de carrières

k

=

0,12 pour des blocs béton cubiques @) pour la campace

Formule de R. Hudson

La formule et les abaques (cf. ci-après) deR. Hudson sont très largement utilisés.

masse du bloc W- H3. p" 1 -

kd(

~-

1)

3 cotg a.

Pw

@) pour la carapace

Formule de R. Hudson aménagée masse du bloc

w

= 0,1 kd

(

~

-1

)

3

·cotga.

Pw

H h

avec li = cote d'emploi de l'enrochement cal -culé, comptée par rapport au niveau de repos

(m)

@) pour la butée de pied

N.B. - D'après la SoGREAH, la cote supérieure de la butée devrait être au plus à 1,2 ou 1,3 fois le creux de la houle au-dessous du niveau des PBBH. ( 1) (2) (3) (4) 21

NoTA

La masse calculée à l'aide de la formule (4) est la limite inférieure de la catégorie d'enrochement employée; il

est recommandé de constituer une berme horizontale de 3 à 4 men avancée sur les talus pour éviter qu'un

bloc ne roule jusqu'au pied de la digue.

De même, une pente légèrement plus douce que celle du talus na ture! est plus adaptée pour limiter l'érosion.

1.2

II.5.2. - Détevmination du coefficient kd

L'indice kd est un coefficient variable en fonction de a, J..l, e et L'..

Le tableau 1 donne, à titre d'exemple, quelques valeurs

de kd qui montrent l'importance de l'angularité. Pour faciliter le calcul, des tableaux et des abaques ont

été publiés ; les f1gures 23 à 26 sont quelques exemples donnés à titre indicatif.

H3

Le tableau II

donne--cotg a

Calcul de la formule d'Hudson

0.8

@

courbe donnant en t 1 m3 Pa

0.5

p"' a été pris égal à 1 026 gl1

0.1. _{Exemple d'enrochement granitique}

p. = 2, 6 t 1 m3 0.2 2 2.5 3 3.5 90 (t 1 m') TABLEAU I Talus normal Talus pentu Forme Porosité Nombre Disposition kd de du de des _Vague

l'enrochement massif couches enrochements Vague Vague Vague

déferlante non cotg CJ. déferlante non

déferlante déferlante

Enrochements arrondis 0,38 2 En vrac 2,1 2,4 1,5/3 1,7 1,9

3 En vrac 2,8 3,2 2,1 2,3

Enrochements anguleux 0,38 1 En vrac 12,9 2J

0,37 2 3,5 4,0 1,5 2,2 3,2

2,0 2,5 2,8

3,0 2,0 2,3

Enrochements anguleux 0,40 3 Organisé 3,9 4,5 3,7 4,2

2 4,8 5,5 3,5 4,5

Blocs béton cubiques 7,5

~

2/1 3/1 4/1 ) 0,5 0,06 0,04 0,03 1 0,5 0,3 0,2 1,5 1,7 1,1 0,8 2 4,0 2,7 2,0 2,5 7,8 5,2 3,9 3 13,5 9,0 6.7 3,5 21,4 14,3 10,7 4 32,0 21,3 16,0 4,5 43,6 30,4 22,0 5 62,5 41,7 31,2 5,5 83,2 55,4 41,6 6 108,0 72,0 54,0 6,5 137,3 91,5 68,6 7 171,5 114,3 85,7 7,5 210,9 140,6 105,5 8 256,0 170,7 128,0 8,5 307,1 204,7 153,5 9 364,5 243,0 182,2 9,5 428,7 285,8 214,3 10 500,0 333,3 250,0 10,5 578,8 385,9 289,4 11 665,5 443,7 332,7 12 864,0 576,0 432,0 12,5 976,6 651,0 488,3 13 1 098,5 732,5 549,2 13,5 1 230,2 820,1 615,1 14 1 372,0 914,7 686,0 14,5 1 524,3 1 016,2 762,1 Exemple de calculs

Données : Enrochement granitique Pa= 2,6 t/m3 Talus de la digue prévu à 3/1

Amplitude de la houle H : 6 m kd: 3,5

H3

L'abaque donne pour- -= 72 cotg ΠTABLEAU II 5/1 0,02 0,2 0,7 1,6 3,1 5,4 8,6 12,8 18,2 25,0 33,3 43,2 54,9 68,6 84,4 102,4 122,6 145,8 171,5 200,0 231,5 266,2 345,6 390,6 439,4 492,1 548,8 609,7 6/1 3/2 5/2 4/3 5/4 0,02 0,06 0,05 0,09 0,1 0,2 0,7 0,4 0,7 0,8 0,6 2,2 1,3 2,5 2,7 1,3 5,3 3,2 6,0 6,4 2,6 10,4 6,2 11,7 12,5 4,5 10,0 10,8 20,2 21,6 7,1 28,6 17,1 32,1 34,3 10,7 42,7 25,6 48,0 51,2 15,2 60,7 36,4 68,3 72,9 20,8 83,3 50,0 93,7 100,0 27,7 110,9 66,5 124,8 133,1 36,0 144,0 86,4 162,0 172,8 45,8 183,1 109,8 206,0 219,7 57,2 228,7 137,2 257,2 274,4 70,3 281,2 168,7 316,4 337,5 85,3 341,3 204,8 384,0 409,6 102,3 409,4 245,6 460,6 491,3 121,5 486,0 291,6 546,7 583,2 142,9 571,6 342,9 643,0 685,9 166,7 666,7 400,0 750,0 800,0 192,9 771,7 463,0 868,2 926,1 221,8 887,3 532,4 998,2 1 064,8 289,0 1 152,0 691,2 1296,0 1382,4 325,5 1 302,1 781,2 1464,8 1 562,5 366,2 1464,7 878,8 1 647,7 1 757,6 410,1 1 640,2 904,1 1 845,3 1 968,3 457,3 1 829,3 1097,6 2 058,0 2195,2 508,1 2032,4 1 219,4 2 286,5 2438,9 et pour ( p" )3

=

0,72

~-

1

p". On a donc en appliquant la formule d'Hudson :

w

= 0•72 x 72

=

14 8 t 3,5 ' (enrochement en une seule couche).

L'abaque de la figure 24 montre l'influence de la masse volumique de la roche utilisée en enrochement pour un kd donné et une pente de talus donnée.

(tl 5 2 2,1, _2.6 Pente de talus 3/2 kd = 3 2,8 3 3.2 Masse volumique (t 1 m')

La figure 25 donne la masse unitaire de blocs pour

cotg êf.

=

3/2; Pa

=

2,4 t/m3 8 6 2,5 2 0.2 0,6 0,8 1 2

11.5.3 - Carapace réalisée m•ec des blocs de granularité étalée

Formule donnant la masse moyenne des enrochements :

(5) Pa H3 Wso = p 3 ( ) cotg œ k RR ..--.!'...- 1

Pw

W₅₀ : masse moyenne, avec un coefficient de 3,6 pour les plus gros enrochements et un coefficient de 0,22 pour les plus petits.

k RR : indice de stabilité, pris à 1,3 si la profondeur au pied n'excède pas 6 m et l, 7 dans le cas contraire.

l/.5.4 - Formule donnant l'épaisseur de la carapace

(

\V

)1

/

3

E=nk~

Pa

(6)

La couche de carapace constituée de blocs de

granu-larité assez serrés est caractérisée par le nombre d'élé-ments en épaisseur, l'épaisseur E, et le nombre de blocs

par unité de surface Ns.

Ns= k~

(

1- -

p

) (p")

-

2

/

3

100 \V où : k ~ : coefficient mesuré (1 ,02 à 1,1 0)

p : porosité en pourcentage de la couche (37 à 40)

6 8 10 20 t.O

l/.5.5 - Formule donnant le dimensionnement ( diamèh·e) des couches intemes (7)

®

®

Contrairement à la carapace qui doit présenter une catégorie assez homogène pour obtenir un fort indice de vides en vue de réduire les sous-pressions,

la couche de transition (catégories intermédiaires) devrait présenter une granularité assez étendue pour participer à l'étanchéité de la digue.

Plusieurs critères ont été proposés. M. Laval, dans son cours de travaux maritimes, conseille pour les filtres de barrages de se rapprocher de la règle de Terzaghi qui s'écrit:

4 d15 < D15 <4 d85 (7)

d1 5 : diamètre à travers lequel passent 15% des enrochements de la catégorie inférieure d₈s : diamètre à travers lequel passent 85% des

enrochements de la catégorie inférieure D1s: diamètre à travers lequel passent 15% des

enrochements de la catégorie supérieure

N.B. - d correspond toujours au diamètre des

éléments du plus petit des matériaux en contact

D correspond toujours au diamètre du plus gros

des matériaux en contact.

Il.5.6 - Commentaires sw· les formules (7)

D'autres auteurs, en se basant simplement sur le fait que les plus petits éléments de la catégorie inférieure ne devraient pas pouvoir passer à travers les plus gros de la catégorie supérieure, ont préconisé d'adopter 10% pour le rapport entre la masse des premiers et des seconds.

En fait, une certaine latitude est possible et le choix des diverses catégories d'enrochements est en général dicté par le souci d'utiliser au mieux les possibilités de la carrière. Dans la mesure du possible, on cherchera donc à diviser la gamme de production de la carrière en 4 ou 5 catégories (la masse maximale des enrochements de l'une étant aussi la masse minimale des enrochements de la catégorie supérieure) de telle façon que les volumes de chaque catégorie à mettre en œuvre dans

la construction de la digue permettent d'utiliser au mieux tout ce que fournit la carrière.

Fig. 26 - Agencement des couches.

L'agencement des couches successives peut se faire de plusieurs manières (fig. 26). On peut dégager deux

modes principaux dépendant de la fréquence des fortes houles (fig. 27 et 28).

Suivant le degré de risque pendant la construction, on peut monter à une cote donnée toute une couche, avec des pentes assez raides avant de déposer la couche suivante, ou bien on monte simultanément les diffé -rentes couches pour obtenir rapidement une protection des éléments légers. Le deuxième profil consomme plus d'éléments de grande taille que le premier.

Les couches situées sous la carapace (filtres ou couches de transition) sont indépendantes. On a intérêt dans la mesure du possible à raidir leurs pentes jusqu'à 4/3 (cotg et.). On économise ainsi des matériaux et on gagne sur la portée maximale des engins mettant les blocs en pente.

II.6 - Dimensionnement des enrochements

dans le domaine fluvial

l/.6.1 - Détermination de la masse

La .formule de la SoGREAH, donne empiriquement la

masse d'un enrochement en milieu fluvial, pouvant résister à une vitesse de courant V.

®

v6

W=-25

Le bloc d'enrochement es/ assimilé à une sphère.

La formule donne la masse moyenne (tableau III).

TABLEAU III

Vitesse du courant Masse

(m/s) (kg) 3 29 3,5 74 4 164 4,5 331 5 625 5,5 1 107 6 1 870 (8)

Port

-Digue employant de nombreuses catégories de matériaux

Port _

Profit recommandé avec trois catégories de matériaux

W : masse des blocs de la carapace

Fig. 28 - Digue en eau profonde et houle non déferlante.

Fig. 27 - Digue en eau peu profonde et houle déferlante.

- - - -Port

Digue employant de nombreuses catégories de matériaux

- Port

Coupe recommandée avec trois catégories de matériaux

Il faut donc connaître, pour appliquer la formule (8),

la vitesse au voisinage de l'enrochement, vitesse de

début d'entraînement des matériaux.

ll.6.2 - Détermination des dimensions

Détermination de la vitesse du coumnt

La formule (9) donne la vitesse du courant au voisinage

de l'enrochement d'après la SOGREAH.

La vitesse au voisinage de l'enrochement est néces

-saire pour l'application de la formule (8). En général, on connaît la vitesse moyenne du cours d'eau dans

une section droite soit par l'application de la formule de Strickler, soit par la détermination de h (profon

-deur du fond moyen sous le niveau d'eau en mètres).

Le débit Q peut être obtenu par la formule de Stt·iclder :

Q

=

KS RH2'3

I

'

'

2 (unités en mets) où S : section mouillée (m2

)

RH : rayon hydraulique (m)

l : pente moyenne

K : coefficient de rugosité

Dans les parties droites, on prendra la vitesse moyenne égale à la vitesse au voisinage de l'enrochement''. Dans les coudes, ce n'est plus possible. Le fond étant considéré comme affouillable, la vitesse moyenne dans

un coude est pratiquement égale à celle dans les parties

droites. Par contre, la vitesse au voisinage de l' enroche-ment se déporte vers l'extrados et crée un courant secondaire, où la vitesse est supérieure à la vitesse

moyenne.

Pour les coudes faibles, la SoGREAH propose, par rapport à la vitesse moyenne calculée :

Vv = 1' J • T/moyennefparties droites

Pour les coudes forts :

Vv = 1,4 • ~noyennc/parties droites

Détermination du diamètre de !'enroche111ent

La formule (10) donne par la vitesse d'entraînement des matériaux (T~,) sur fond plat ou à faible pente le

diamètre de l'enrochement (SoGREAH et SeT)

®

Vv

=

a

flg

(Pn

-

P"·)

Jrt

~

(m/s) p,.,

''' Pour les aménagements Ouviaux importants, la modéli

-sation et le calcul des écoulements sont des préalables

nécessaires.

On a dans ce cas o. très petit et ~ # soit V,, = ({

j2U

_P_a _-_p,_,,

Jd

pli' La SoGREAH propose a = 1,2 d'où d = 0,7 P\\.

vz

,, Pa - Pw 2g NoTA (10) d est le diamètre d'un enrochement sphérique en mètres. Pour 1111 enrochemenl réel, on pourm prendre l'hypothèse : d =

..j

G x L, les dimensions G et L étant définies.

La formule (11) détermine le diamètre d'un enroch

e-ment placé en talus (cas d'un perré incliné), d'après

la SOGREAH.

Lorsque les enrochements sont placés en talus, l'angle

réduit la stabilité de l'enrochement. L<:me a défini le

rapport des forces tractrices nécessaires pour mettre en mouvement des enrochements identiques placés dans

les mêmes conditions d'écoulement, les uns sur des

talus, les autres sur un fond horizontal. Soit À ce rapport :

À= cos <P

où <Pest l'angle avec l'horizontale de la pente elu perré,

e

est l'angle avec l'horizontale du talus d'équilibre

elu matériau.

d enrochement sur talus = d enrochement sur fond horizontal

À

À = d enrochement sur fond horizontal

d enrochement sur 1 a lus

Angle en degré du talus avec l'horizontale 45 40

-

r--

_r--...r-..

35 ...

"-..

JO ~

"'

'\ • 25 20 15 10 5 (11) Fruit du talus

"

\

\

\

5/4 3/2 1.75/1 2/1 2,25/1 2,5/1 3/1 411 5/1 0 0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 À

Par ailleurs, des essais exécutés avec des matériaux de gros diamètre ont montré la proportionnalité de façon approximative entre la force tractrice et le d₇₅ du

matériau emporté. On peut appliquer directement les

valeurs de À au diamètre des enrochements suivants : 1 _ dhorizontal

(,talus- À

On a pris 8 = 40°; en effet, l'angle du talus d'équilibre d'enrochements varie entre 37 et 45° suivant les

aspérités de ceux-ci et les conditions de mise en place.

On pense que la valeur moyenne 40° donne pour À une

précision suffisante (fig. 29). Conunentaires

Lorsqu'on soumet un talus d'enrochements à un abaisse-ment du niveau d'eau (batillage), les études de la SoGREAH montrent que les talus à 3/1 requièrent des enrochements moins lourds que les protections d'un talus à 2/1 (fig. 30).

On note cependant que la protection à 2/1 (2L, LH) est plus

avantageuse économiquement. Il s'agit également de la pente maximale que l'on peut atteindre (au-delà, iJ apparaît nécessaire de faire appel à des technologies plus« pointues»).

(kg)

40+---~---+-- 4000

---+ 3000

20 30 40 50 Abaissement (cm)

Masse unitaire moyenne

Masse d'enrochement par mètre linéaire de berge et mètre de hauteur protégée

11.6.3 - Données sur la mise en place

des enrochements (d'après la SoGREAH) (12) Les critères de mise en place sont principalement :

- l'épaisseur minimale de la couche,

- la constitution et l'épaisseur des couches de

transition.

• L'épaisseur 111inimale

La couche de l'enrochement doit avoir une épaisseur égale à au moins 2 fois le diamètre déterminé par les

calculs hydrauliques.

• Couches de transition'''

Le terrain, sur lequel doivent reposer les enrochements de protection, a presque toujours une granularité plus fine ; on peut craindre alors que des particules soient

emportées à travers les vides du corps d'enrochement

par effet de turbulence et que, peu à peu, l'ouvrage se détériore par éboulements successifs.

Ce risque est supprimé en interposant entre le terrain naturel et le corps d'enrochement une ou plusieurs couches de transition':":' qui devront satisfaire aux conditions de non-entraînement des filtres (fig. 31). Cependant, les conditions de fonctionnement sont

moins rigoureuses que celle des filtres, l'écoulement venant à travers l'enrochement pour en ressortir et une

seule couche de transition est suffisante si elle est assez épaisse (30 à 50 cm). • Conditions D₁₅ enrochements . . < 5 d₈₅ transition ₍₁₂₎ d₁₅ transition d . <5 85 terram

Ces conditions une fois remplies, celles citées ci-après le seront presque obligatoirement :

D₅₀ enrochements 1 . . < 25 ~<₅₀ transi ti on D 15 enrochements 1 . . < 20 c; ₅₀ transition D15 transition ____:..::....__ _ _ _ < 2 5 d₅₀ terrain D₁₀ transition ----".:'---,--< 20 r/50 terrain

Si plusieurs couches s'avéraient nécessaires, on peut aussi les définir puis les mélanger en une seule sur une

épaisseur de l'ordre de 0,50 m.

NoTA

Il ne faudra pas descendre en dessous de 20 cm pour l'épaisseur des couches de transition, car la mise en place par les engins de génie civil habituels 11 'est alors plus possible.

• Commentaire

!11ise en place d'w1 perré en enrochements

La mise en place des peiTés nécessite, en général, un bon blocage du pied si l'on ne veut pas voir la détérioration de l'ouvrage lorsque l'affouillement

avoisine la profondeur du pied.

':' Il existe également des tissus synthétiques ou autres

matériaux artificiels pouvant être utilisés dans ce but.

0 20 Couche de transition

...

.

..

.

.

Revanche Banquette Fig. 32 et 33 - Exemple de fuseau granulométrique, spécifications.

9W Masse Exemple de fuseau granulométrique

BW ~--~--~~----~--~--~--~--~--~~--~--~--~~--~ JW w 10% x w 60 80 200/900kg (kg) 1000 600 400 200 0 20 1.0 50% 100% (kg 1 l---,r---.---.--,--.--r---r- --.-,----,----, 1000~-~-4--+-4--+--~-1--+-~-~--1 1QQOjg 0 20 1.0 60 80 100% 50/SODkg 1 Fig.33l 60 80 100% 400/lOOOkg 29

Ce blocage peut être réalisé par une longrine en béton

ou par une petite banquette constituée par des enrochements de diamètre identique à ceux du pet-ré.

11.7 - Détermination de la granularité

à mettre en place à partir du diamètre calculé

Après le calcul hydraulique ayant déterminé la masse unitaire, il est défini un fuseau au niveau du projet à

partir de l'application des conditions de filtre.

Pour faciliter les contrôles, il est plus avantageux de

donner les «fuseaux de distribution des masses» que

«la distribution des dimensions», comme c'est fré-quemment le cas.

Les figures 32 et 33 sont quelques exemples de

granularités requis dans certains CCTP.

Observations

Ces fuseaux sont très rarement respectés, les principales raisons étant l'absence de contrôle, la fourniture au

«jugé», l'absence de tri, J'erreur de destination et la fragmentation des blocs lors des manipulations.

TI.8 - Données sur les protections de piles d'ouvrages

Il.8.1 - Vitesse â prendre en compte au t•oisinage de l'enrochement V,. (13)

Cf. formules (9) et (11) précédentes. On demande fréquemment :

T~, = 2 x vitesse moyenne du courant en crue (13)

II.8.2 - Profondeul' d'affouillement ( SOGREAH)

Les études expérimentales sont nombreuses, parmi

lesquelles on peut citer :

- les abaques elu Laboratoire national d'Hydraulique (résultats de Chabert et Engeldinger, complétés par Nicollet de Ramette),

les abaques de Laursen et Toch,

la formule de Lan·as,

la formule de Shen.

Les abaques donnent la profondeur d'affouillement à partir de D (D étant le diamètre de la pile) et du nombre

'.

v.

d

de Reynolds du matenau R =

-0

-(8 =viscosité cinématique de l'eau)

Conditions de filtre

Cf. formule (12) précédente.

II.8.3 - Données sm· le dimensimmement des enl'ochements (piles d'om•mges)

Il peut être calculé à l'aide de la formule (9) mais aussi

à l'aide de la formule empirique elu soviétique lsbash correspondant à un cas intermédiaire où les enroch e-ments ne sont pas calés les uns sur les autres et celui où ils sont bloqués les uns sur les autres.

V= SjW50

avec V : vitesse d'entraînement de bloc (V.,) majorée d'un coefficient de 1,2 en général,

W50 : «poids moyen» unitaire en kg (masse),

v

soit : W₅₀ =

25 (cf. formule 8).

Il est recommandé, en outre, que le tapis

d'enroche-ments ait une dimension égale à trois fois le diamètre

ou la largeur de la pile, et une épaisseur de deux à trois fois ce même diamètre: toutefois, cette épaisseur doit tenir compte de la hauteur d'eau en vue d'assurer

le libre passage des corps flottants (fig. 34 et 35).

Pile

De plus, on place souvent un géotextile au contact cl u fond de lit pour supprimer les risques d'affouillement.

III- PARAMÈTRES DE CONCEPTION ET RESSOURCES DISPONIBLES

A la suite des diverses étapes mentionnées pr

écé-demment, le projeteur dispose des valeurs pondérales

caractérisant «son enrochement». Ce prédimension

-nement met en évidence plusieurs aspects importants :

- par exemple, sur le plan de la masse volumique l'enjeu est sérieux; passer de la masse volumique 2,4 à 2,7 t/m3 _{permet de diviser la masse des blocs par 1,6;}

- en ce qui concerne la forme des blocs et son

incidence sur la valeur elu coefficient (kd) (cf. formules 3, 4 et abaques), il est intéressant de noter que la réalisation d'une carapace en deux couches avec des enrochements anguleux permet de diviser la masse

unitaire des blocs par 1,6 à 1,7 par rapport à des

Fig. 35 Évolution des zones d'affouillement en !onction de la vitesse. PILE HEt.11CiLINORIQUE D-10cm L=20cm SABLE n'6 d~=3mm Zone ·; Vcm/s " , 0 4 9 ,o 51,5 53' 0 5 '5, 0 8 0 ,o Observoltons dtbul du Fhmamine chorrioqe gén~rol a) Pile hémicylindrique D = 10 cm, L = 20 cm

- enfin, la pente de la carapace (protection) est définie par la taille maximale des enrochements. Réduire la pente permet de réduire également la masse unitaire des enrochements mais conduit corrélativement à une augmentation dans les quantités de matériaux à mettre en œuvre.

L'objectif à atteindre pour le concepteur est de trouver la sélection la plus économique et en particulier de tenir compte des ressources en matériaux à proximité du site

de l'ouvrage.

A ce stade, il faudrait déjâ connaÎtre les réponses aux questions suivantes :

- l'approvisionnement des enrochements nécessaires est-il assuré à partir de gisements localisés?

- les enrochements extraits auront-ils la masse donnée par les formules empiriques?

- quels sont les critères géotechniques à prendre en

compte dans la fourniture de tels matériaux? sachant

que:

• les spécifications n'existent pas (à J'inverse du domaine des gr a nul a ts rou tiers),

• le but visé est la pérennité des ouvrages en tenant compte des possibilités de recharge111ents.

Zone V cm/s Observatton!>

4 2

1 S début du phénomène

PILE CYLINDRIQUE 0 = ~Ocm 4 3,0

SABLE n'6 d~ = Jmm 4 4,0 4 7,0 s o,o 8 o, 0 charr•oge 9t'nrro1 b) Pile cylindrique D = 10 cm. CONCLUSION

Les réponses à apporter dans le domaine des enro-chements tiennent essentiellement à la confi'ontation des données de conception avec les ressources géométri-quement et qualitativement disponibles.

Les hiatus, qui ne manquent pas d'apparaître au sein des projets, proviennent de processus consacrés par l'habitude: les dimensionnements sont établis fré-quemment avant de considérer l'ensemble des problèmes liés à la fourniture des matériaux (et lorsque le projet est prêt, on n'est pas sür de trouver des enrochements). Pour ces raisons, il était intéressant d'apporter une

réponse qui, sans se vouloir exhaustive, tentera au cours des chapitres suivants, d'inscrire le problème des enrochements dans un double contexte :

- sur le plan des caractéristiques géotechniques à requérir,

- sur le plan géologique (sélection des niveaux aptes,

destination sélective des produits de carrière ... ).

Dans les chapitres suivants seront traités :

spécifications,

technique,

pérennité.

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2

Caractéristiques générales

·

des enrochements

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et méthodes de

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