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Technique des petits barrages en Afrique sahélienne et équatoriale

Technique des petits barrages en Afrique sahélienne et équatoriale - cemagref / eier - 9782853625111 -
Technique des petits barrages en Afrique sahélienne et équatoriale 

Auteur : 

Editeur : Cemagref / Eier

Date parution :

S'appuyant sur les études menées depuis dix à quinze ans par le Cemagref, l'EIER et le CIEH, ce manuel capitalise plusieurs décennies d'expérience accumulée dans la construction de petits barrages en Afrique sahélienne et équatoriale, tout en proposant à chaque fois que cela semble opportun quelques techniques souvent utilisées dans d'autres régions du monde.

Après un premier chapitre consacré aux études préliminaires et au choix des sites, l'ouvrage traite de la conception des évacuateurs de crues et des ouvrages annexes, de la conception des barrages en remblais, en maçonnerie, en béton et des structures en gabions, puis du chantier de construction en détaillant l'exécution de chaque type d'ouvrage.

Un dernier chapitre est consacré à la surveillance et à l'entretien des barrages en service, tant par l'exploitant que par le service technique.
Des annexes fournissent une description du contenu d'un avant-projet détaillé de petit barrage ainsi que des fiches de visite par type d'ouvrage.

Destiné aux concepteurs et maîtres d'oeuvre, ce manuel pourra être utilement consulté par les services techniques des maîtres d'ouvrage.


En suivant ce lien, retrouvez tous les livres dans la spécialité Bâtiment.

Descriptif : 

Reliure :
Broché
Nbr de pages :
416
ISBN 10 :
2853625117
ISBN 13 :
9782853625111
53,30 €
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Sommaire

SOMMAIRE

AVANT-PROPOS 5

CHAPITRE 1
: CHOIX DES SITES ET ÉTUDES PRÉLIMINAIRES Préambule 21

1.1.
ÉVALUATION DES BESOINS ET ASPECTS SOCIO-ÉCONOMIQUES
CHOIX DES SITES 22

1.1.1.
Évaluation des besoins 22

1.1.1.1.
Alimentation en eau potable 22

1.1.1.2.
Alimentation des animaux 23

1.1.1.3.
Besoins agricoles 25

1.1.2.
Estimation des pertes 26

1.1.2.1.
Les pertes par infiltration dans la cuvette 26

1.1.2.2.
Les pertes par évaporation 29

1.1.2.3.
Le problème des dépôts solides 31

1.1.3.
Recherche du site 36

1.1.3.1.
Aspects socio-économiques 36

1.1.3.2.
Méthodologie pour une recherche de sites 37

1.2.
ÉTUDES HYDROLOGIQUES: APPORTS ET CRUES
(POUR MÉMOIRE) 39

1.3.
ÉTUDES GÉOLOGIQUES ET GÉOTECHNIQUES 42

1.3.1.
Étude géologique préalable 42

1.3.1.1.
Principe 42

1.3.1.2.
Matériel et méthode 43

1.3.2.
Études géotechniques de faisabilité 44

1.3.2.1.
Reconnaissances par tranchées (phase 1) 47

1.3.2.2.
Reconnaissances géotechniques complémentaires (phase 2) 49

1.3.2.3.
Essais de mécanique des sols au laboratoire (phase 3) 51

1.3.3.
Études ultérieures au stade de l'A.P.S., puis de l'A.P.D. 59

1.4.
ÉTUDES TOPOGRAPHIQUES 60

1.4.1.
Études au niveau de la cuvette 60

1.4.1.1.
Cartographie 60

1.4.1.2.
Courbes hauteur-surface et hauteur-volume 61

1.4.2.
Études au niveau de l'emprise des ouvrages 63

1.4.2.1.
Plan topographique 63

1.4.2.2.
Coupes topographiques 63

1.5.
CRITÈRES DE CHOIX DU TYPE DE BARRAGE ET D'ÉVACUATEUR
CALAGE DES OUVRAGES 63

1.5.1.
Typologie des barrages 64

1.5.1.1.
Les barrages en remblai 64

1.5.1.2.
Les barrages rigides 69

1.5.2.
Critères de choix d'un barrage 70

1.5.2.1.
La morphologie du thalweg et la qualité de la fondation 70

1.5.2.2.
La disponibilité en matériau 71

1.5.2.3
Critères hydrauliques 72

1.5.2.4.
Critères socio-économiques 72

1.5.3.
Critères de choix d'un évacuateur de crues 73

1.5.3.1.
Les facteurs à prendre en compte 73

1.5.3.2.
L'optimum économique 74

1.5.4.
Calage des cotes de l'évacuateur et du barrage 74

1.5.4.1.
Courbe d'utilisation de la retenue 75

1.5.4.2.
Principe des itérations pour le calage du plan d'eau normal
et de la prise d'eau 76

1.6.
ÉTUDE D'IMPACT SUR L'ENVIRONNEMENT 77

1.6.1.
Justification et champ d'application de l'étude d'impact 77

1.6.1.1.
Pourquoi une étude d'impact Î 77

1.6.1.2.
Le champ d'application de l'étude d'impact 78

1.6.2.
Éléments de méthodologie de l'étude d'impact 81

1.6.2.1.
L'état du milieu avant aménagement 81

1.6.2.2.
Analyse des effets de l'aménagement 82

1.6.2.3.
Intégration au projet de mesures appropriées pour la sauvegarde
et la protection de l'environnement -coût financier de ces mesures 84

CHAPITRE 2

: CONCEPTION DES ÉVACUATEURS DE CRUES ET OUVRAGES ANNEXES Préambule 87

2.1.
LAMINAGE ET OPTIMISATION DES ÉVACUATEURS DE CRUES 88

2.1.1.
Description et principe de l'effet de laminage 88

2.1.2.
Méthode du coefficient« Xo» ou méthode EIER -CIEH 90

2.1.3.
Utilisation de logiciels 93

2.1.4.
Prise en compte du laminage de la crue pour le calcul des évacuateurs 94

2.2.
CHOIX DU TYPE D'ÉVACUATEUR 97

2.2.1.
Les évacuateurs à surface libre 97

2.2.1.1.
Les déversoirs poids en béton (ou en maçonnerie) 97

2.2.1.2.
Forme simplifiée de déversoir à entonnement frontal et inconvénients 99

2.2.1.3.
Les déversoirs àentonnement latéral 100

2.2.1.4.
Le déversoir en béton armé de type Il bec de canard» 101

2.2.1.5.
Déversoir en perré traité au mastic bitumineux 103

2.2.1.6.
Les déversoirs en gabions 105

2.2.1.7.
Les déversoirs-voiles en béton armé 105

2.2.2.
Les évacuateurs en charge (pour mémoire) 106

2.2.2.1.
Le déversoir-tulipe 106

2.2.2.2.
Le siphon 106

2.2.3.
Les évacuateurs vannés 106

2.2.3.1.
Les déversoirs souples gonflables 106

V.3.2.
Les clapets automatiques 108

2.3.
DIMENSIONNEMENT HYDRAULIQUE DES ÉVACUATEURS
A SURFACE LIBRE 109

2.3.1.
Loi de débit et calcul de la longueur déversante 110

2.3.1.1.
Cas des déversoirs-poids en béton 110

2.3.1.2.
Déversoirs en béton à entonnement latéral et Il becs de canard» 113

2.3.1.3.
Dimensionnement d'un déversoir en perré traité au mastic
bitumineux et dispositions constructives particulières à
ce type d'ouvrage 114

2.3.2.
Calcul d'un coursier 116

2.3.2.1.
Dimensionnement hydraulique 116

2.3.2.2.
Dispositions constructives 118

2.3.3.
Dispositifs dissipateurs d'énergie 120

2.3.3.1.
Les becs déviateurs ou Il sauts de ski» 120

2.3.3.2.
Les cuvettes de dissipation submergées 122

2.3.3.3.
Les bassins de type impact 123

2.3.3.4.
Les bassins de chute (ou de plongée) 124

2.3.3.5.
Les bassins à ressaut 125

2.4.
VIDANGES ET PRISES D'EAU 137

2.4.1.
L'ouvrage de vidange 137

2.4.1.1.
Les conduites de vidange en charge 137

2.4.1.2.
Les conduites de vidange à écoulement libre 138

2.4.1.3.
Ouvrages de vidange à batardeaux 138

2.4.2.
Les ouvrages de prise 141

2.4.2.1.
Ouvrage de prise à but agricole 141

2.4.2.2.
Ouvrage de prise pour l'adduction d'eau 145

2.4.2.3.
Ouvrage de prise à but pastoral 145

CHAPITRE 3 -CONCEPTION DES BARRAGES EN REMBLAI
Préambule 149

3.1.
STABILITÉ DES BARRAGES EN REMBLAI 149

3.1.1.
Pathologie liée à l'instabilité d'ensemble. Conséquences pour l'ouvrage 150

3.1.1.1.
Le glissement des talus 150

3.1.1.2.
L'instabilité mécanique en fondation 153

3.1.2.
Facteurs déterminant la stabilité du remblai. 153

3.1.2.1.
Caractéristiques des matériaux constitutifs 153

3.1.2.2.
Profil du remblai 154

3.1.2.3.
L'hydraulique interne 154

3.1.2.4.
Les cas de charge 155

3.1.3.
Étude de stabilité. 157

3.1.3.1.
Vérification vis à vis du risque de glissement. 158

3.1.3.2.
Vérification de la stabilité de la fondation aux glissements 163

3.1.4.
Conclusion sur la stabilité. 165

3.2.
LE TASSEMENT DES BARRAGES EN REMBLAI 165

3.2.1.
Pathologie liée aux tassements 166

3.2.1.1.
Le tassement de la fondation 166

3.2.1.2.
Le tassement du remblai 166

3.2.2.
Facteurs déterminant le tassement 166

3.2.3.
Vérification des tassements 166

3.2.3.1.
Tassement en fondation 166

3.2.3.2.
Tassement du remblai 168

3.3.
ÉTANCHÉITÉ DU BARRAGE EN REMBLAI 169

3.3.1.
Perméabilité et hydraulique interne 169

3.3.2.
Étanchéité du remblai 171

3.3.2.1.
Défauts d'étanchéité et conséquences 172

3.3.2.2.
Les dispositions pour l'étanchéité du remblai 173

3.3.3.
Étanchéité de la fondation et des rives 177

3.3.3.1.
Problèmes d'étanchéité en fondations et conséquences 178

3.3.3.2.
Les dispositions pour l'étanchéité de la fondation et des rives 179

3.3.3.3.
Prévention du renardage en fondation 186

3.4.
LE DRAINAGE D'UN BARRAGE EN REMBLAI 188

3.4.1.
Constitution et règles de conception des drains et filtres 189

3.4.1.1.
Les drains 189

3.4.1.2.
Les filtres 190

3.4.1.3.
Les géosynthétiques composites 190

3.4.1.4.
Règles générales de dimensionnement des drains et filtres 191

3.4.2.
Les dispositifs de drainage du remblai 193

3.4.2.1.
De la nécessité du drainage d'un petit barrage 193

3.4.2.2.
Le tapis drainant sous le talus aval 193

3.4.2.3.
Le drain vertical 194

3.4.2.4.
Cas particulier des barrages à noyau étanche 196

3.4.2.5.
Synthèse sur le drainage du barrage 196

3.4.3.
Les dispositifs de drainage de la fondation 197

3.4.4.
Conclusion sur le drainage 198

3.5.
LA PROTECTION DU REMBLAI 198

3.5.1.
Dimensionnement de la revanche 199

3.5.2.
Protection du talus amont 200

3.5.2.1.
Éléments de dimensionnement 200

3.5.2.2.
Protection en blocs latéritiques déversés 201

3.5.2.3.
Protection en blocs latéritiques appareillés manuellement 201

3.5.2.4.
Protection sommaire par revêtement de grave compactée 204

3.5.3.
Protection de la crête 205

3.5.4.
Protection du talus aval 205

3.5.4.1.
Protection par enherbement 205

3.5.4.2.
Protection par un perré latéritique 206

3.5.4.3.
Protection par revêtement de grave compactée 206

3.5.5.
Conclusion sur la protection du remblai 206

3.6.
CONCEPTION DES BARRAGES À MASQUE 208

3.6.1.
Constitution et stabilité du remblai 208

3.6.1.1.
Le barrage en enrochements 208

3.6.1.2.
Le barrage à masque sur remblai semi-perméable 209

3.6.2.
Étanchéité par géomembrane 210

3.6.2.1.
Nature et choix de la géomembrane 210

3.6.2.2.
Mise en oeuvre du dispositif d'étanchéité par géomembrane (D.E.G.) 211

3.6.2.3.
Stabilité mécanique du D.E.G. sur le remblai 214

3.6.3.
Autres dispositifs d'étanchéité amont 215

3.6.4.
Conclusion sur les barrages à masq~.e aIDont 216

3.7.
CONCLUSION GÉNÉRALE SUR LE BARRAGE EN REMBLAI 216

CHAPITRE 4
: CONCEPTION DES BARRAGES EN MAÇONNERIE
OUEN BÉTON
Préambule 221

4.1.
LES BARRAGES EN MAÇONNERIE 222

4.1.1.
Les barrages de hauteur moyenne (5 à 15 m) 222

4.1.1.1.
Exemple de profil 222

4.1.1.2.
Le traitement de la fondation 223

4.1.1.3.
La solution de l'étanchéité en béton armé 224

4.1.1.4.
La stabilité 225

4.1.1.5.
Le drainage 225

4.1.2.
Les barrages de faible hauteur (inférieure à 5 m) 226

4.1.2.1.
Description du profil 226

4.1.2.2.
Traitement de la fondation 227

4.1.2.3.
Stabilité 228

4.1.2.4.
L'étanchéité 228

4.1.2.5.
Les drains 228

4.1.3.
Les ouvrages annexes 228

4.1.3.1.
Le dispositif de dissipation d'énergie 228

4.1.3.2.
Le système de régulation du niveau du plan d'eau 229

4.1.4.
Les modalités pratiques pour la réalisation des maçonneries 230

4.1.4.1.
Organisation du chantier et matériel 230

4.1.4.2.
Exécution des maçonneries [32] 232

4.2.
LES PETITS BARRAGES EN BÉTON 233

4.2.1.
Typologie et description 233

4.2.1.1.
Les barrages-voûtes 233

4.2.1.2.
Les barrages à contreforts 234

4.2.1.3.
Les barrages-poids 236

4.2.2.
Dispositions constructives et choix techniques 237

4.2.2.1.
Le barrage-poids 237

4.2.2.2.
Les barrages à contreforts 240

4.2.3.
Les calculs de stabilité 241

4.2.3.1.
Cas des barrages-poids 241

4.2.3.2.
Cas des barrages à contreforts 249

4.2.4.
La mise en oeuvre des bétons 251

4.2.4.1.
Le béton conventionnel vibré 251

4.2.4.2.
Le béton armé 252

CHAPITRE 5
: CONCEPTION DES STRUCTURES EN GABIONS

Préambule 257

5.1.
STRUCTURES AVAL DÉVERSANTES : PROFILS TYPES
ET CRITÈRES DE CHOIX 258

5.1.1.
Barrages et seuils à parement aval vertical 259

5.1.2.
Barrages à parement aval en gradins 262

5.1.2.1.
Barrage dans lequel le demi-massif aval est totalement gabionné 262

5.1.2.2.
Barrage à parement aval en gradins, mur interne vertical
gabionné et à massifaval en enrochements 262

5.1.2.3.
Barrage à parement aval en gradins et à massif en terre,
homogène ou à zones 264

5.1.3.
Barrages à parement aval incliné 264

5.2.
DIMENSIONNEMENT DES DÉVERSOIRS EN GABIONS 266

5.2.1.
Calcul du barrage ou du seuil à parement aval vertical 267

5.2.1.1.
Calcul de stabilité 267

5.2.1.2.
Dimensionnement de la crête de déversement 267

5.2.1.3.
Dimensionnement de l'ouvrage de dissipation 268

5.2.2.
Calcul des barrages à parement aval incliné 270

5.2.2.1.
Calculs de stabilité 270

5.2.2.2.
Dimensionnement de la crête déversante 271

5.2.2.3.
Dimensionnement du bassin de dissipation 271

5.2.3.
Calcul des barrages à parement aval en gradins de gabions 273

5.2.3.1.
Calculs de stabilité et dimensionnement de la crête déversante 273

5.2.3.2.
Dimensionnement de l'ouvrage de dissipation 273

5.3.
DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES 274

5.3.1.
Exécution des remblais et mise en œuvre des gabions 274

5.3.2.
Filtres anticontaminants 275

5.3.3.
Revêtement des faces extérieures des gabions 277

5.3.3.1.
Cas des structures en gradins 277

5.3.3.2.
Cas des parements aval incll'hés recouverts de matelas Réno 277

5.4.
PROTECTION DES TALUS AMONT EN MATELAS RENO 279

CHAPITRE 6
: LE CHANTIER DE CONSTRUCTION

Préambule: Du rôle et de la responsabilité des intervenants sur un chantier 283

6.1.
ORGANISATION: MOYENS ET PLANNING 285

6.1.1.
Moyens humains 286

6.1.2.
Moyens matériels 287

6.1.2.1.
Le matériel de terrassement 287

6.1.2.2.
Matériel lié au type de barrage 287

6.1.2.3.
Matériels spécifiques 288

6.1.3.
Planning et phasage des travaux 288

6.2.
LES TRAVAUX PRÉPARATOIRES 290

6.2.1.
Les études préalables 290

6.2.1.1.
Études de conception détaillée 290

6.2.1.2.
Études d'exécution 290

6.2.2.
Les travaux préparatoires proprement dits 291

6.2.2.1.
Accès et circulations 291

6.2.2.2.
Piquetage 292

6.2.2.3.
Aménagement des emprises 292

6.2.2.4.
Dérivation et protection contre les eaux 292

6.3.
TRAITEMENT DES FONDATIONS 293

6.3.1.
Exécution des fouilles et de la clé d'étanchéité 293

6.3.1.1.
Dispositions générales 293

6.3.1.2.
Dispositions particulières à une fondation rocheuse 294

6.3.1.3.
Dispositions particulières à une fondation meuble 294

6.3.2.
Traitements spéciaux 294

6.3.2.1.
Injections 294

6.3.2.2.
Réalisation de parois moulées (Cf paragraphe c) du
chapitre 3.2.3.2. du présent manuel et le chapitre 3.10 de
la référence [32]) 295

6.4.
EXÉCUTION DES REMBLAIS 296

6.4.1.
Emprunts 296

6.4.2.
Confection des remblais 296

6.4.2.1.
Recommandations générales 296

6.4.2.2.
Essais préliminaires de compactage 297

6.4.2.3.
Extraction des matériaux 297

6.4.2.4.
Transport, épandage et compactage des matériaux 298

6.4.2.5.
Interruption de chantier 298

6.4.2.6.
Profils et talus 299

6.4.3.
Protection des talus et de la crête 299

6.4.3.1.
Enrochements de protection amont 299

6.4.3.2.
Perrés arrangés à la main 299

6.4.3.3.
Crête du remblai 300

6.4.3.4.
Revêtement en terre végétale 300

6.4.3.5.
Butée de pied aval en enrochements 300

6.4.4.
Filtres, drains et collecteurs 300

6.4.5.
Dispositif d'étanchéité par géomembrane (D.E.G.) 301

6.4.5.1.
Couche de forme 301

6.4.5.2.
Couche support 301

6.4.5.3.
Plan de pose 302

6.4.5.4.
Mise en place 302

6.4.5.5.
Assemblage 302

6.4.5.6.
Ancrages 303

6.4.5.7.
Raccordement aux ouvrages annexes 303

6.4.5.8.
Structure de protection 304

6.5.
EXÉCUTION DES OUVRAGES EN BÉTON ARMÉ 305

6.5.1.
Caractéristiques et fabrication des bétons 305

6.5.2.
Essai de contrôle des bétons 305

6.5.3.
Coffrages, échafaudages et cintres 305

6.5.4.
Armatures 305

6.5.5.
Mise en place et durcissement du béton 306

6.5.6.
Traitement des reprises 306

6.5.7.
Cas particulier du béton coulé pleine fouille 307

6.6.
EXÉCUTION DES OUVRAGES EN MAÇONNERIE 307

6.7.
EXÉCUTION DES OUVRAGES EN GABIONS 307

6.7.1.
Les matériaux de remplissage 307

6.7.2.
La mise en œuvre des gabions 307

6.7.3.
La mise en œuvre des matelas Reno 309

6.8.
CONTROLE DU CHANTIER 309

6.8.1.
Organisation générale du contrôle 310

6.8.2.
Contrôle des barrages en remblai 312

6.8.3.
Contrôle des barrages en béton ou en maçonnerie 314

6.8.4.
Conclusion 315

CHAPITRE 7
: SURVEILLANCE ET ENTRETIEN DES BARRAGES

EN SERVICE

Préambule 319

7.1.
LA NÉCESSITÉ ET LES OBJECTIFS DU SUIVI DES BARRAGES 320

7.1.1.
Prévenir les risques 320

7.1.2.
Maintenir l'ouvrage en bon état de fonctionnement 322

7.1.3.
Disposer d'un retour d'expérience 322

7.2.
PROPOSITION D'UN SCHÉMA D'ORGANISATION ADAPTÉ
A L'AFRIQUE SAHÉLIENNE ET ÉQUATORIALE 323


7.2.1. Les contraintes à prendre en compte
7.2.2. Quelques exemples
7.2.3. Proposition d'un schéma d'organisation
7.3. LA SURVEILLANCE DES PETITS BARRAGES
7.3.1. Les appareils d'auscultation des petits barrages
7.3.1.1. Mesure de la cote du plan d'eau
7.3.1.2. Mesure des débits
7.3.1.3. Mesure de la piézométrie
7.3.1.4. Mesure des déplacements
7.3.2. Le dispositif d'auscultation­
7.3.2.1. Les barrages en terre
7.3.2.2. Les barrages en enrochements
7.3.2.3. Les barrages poids en maçonnerie ou en béton
7.3.2.4. Les barrages en béton armé
7.3.2.5. Les barrages en gabions
7.3.3. La fréquence des mesures
7.3.3.1. Mesures simples
7.3.3.2. Mesures plus complexes
7.4. LE ROLE DE L'EXPLOITANT
7.4.1. La sUiveillance de l'ouvrage
7.4.1.1. L'observation visuelle de routine
7.4.1.2. L'observation à l'occasion des crues
7.4.1.3. Les mesures d'auscultation
7.4.1.4. Le registre du barrage
7.4.2. Le petit entretien
7.4.2.1. Comblement des ravines
7.4.2.2. Entretien des perrés amont
7.4.2.3. Enlèvement de la végétation arbustive
7.4.2.4. Entretien de surface des maçonneries
7.4.2.5. Réparation des fils rompus des gabions
7.5. LE ROLE DU SERVICE TECHNIQUE
7.5.1. Les visites techniques approfondies
7.5.2. I.:analyse de l'auscultation
7.5.2.1. La critique de la mesure
7.5.2.2. Analyse des mesures
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CONCLUSION GÉNÉRALE 353
BIBLIOGRAPHIE 355
TABLE DES ANNEXES 361
ANNEXE 1: ÉTUDE DE QUATRE CAS DE PEms BARRAGES 363
ANNEXE Il : DESCRIPTION INDICATIVE DU CONTENU D'UN AVANT-PROJET DÉTAlLLÉ DE PEm BARRAGE 383
ANNEXE III : SURVEILLANCE ET ENTRETIEN DES BARRAGES EN SERVICE: FICHES DE VISITE PAR lYPE D'OUVRAGE ET COMMENTAlRES 397
ANNEXE IV : LES MÉCANISMES DES DÉGRADATIONS DES MAÇONNERIES ET BÉTONS -PRIN-OPES DE RÉPARATION 414