Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Mesures de protection des rives

Eléments linéaires Eléments décomposés

Pans de rochers artificiels

Empierrements

Murs de protection

• Mur de

soutènement aval

• Mur-poids

• Mur plié

• Mur en blocs

• Paroi moulée

Epis

• Epis en blocs

• Epis en béton

Blocs résiduels artificiels

Enrochements

Aménagements de cours d’eau

Enrochements pour des rivières de montagne

Enrochements pour des rivières de montagne

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Théorie du charriage - début du mouvement Théorie du charriage - début du mouvement

Sous-couche du lit

(charriage permanent) Hauteur d'eau h _cr pour laquelle le début du mouvement se produit :

J

d 1) - cr (s

h cr = θ ^mUS

J : pente de frottement.

θ _cr : contrainte de cisaillement critique adimensionnelle θ _cr > 0.047 charriage bien développé.

θ _cr = 0.03 - 0.047 pas de charriage régulier.

θ _cr < 0.03 aucun mouvement.

d : diamètre moyen des grains de la sous-couche.

Pavage du lit

Hauteur d'eau h _cr pour laquelle le pavage du lit est détruit.

a) avec d _mDS = d _{90 US}

J

d ) 1 s h (

_cr = θ ^cr − ^{90 US}

b) selon Günter

(0.4% < J < 2%)

67 . 0 d

d J

d ) 1 s cr ( h cr

^{mDS mDS}

⎟ ⎟

⎟ ⎞

⎜ ⎜

⎜ ⎛

−

= θ 1

1 2

2

Aménagements de cours d’eau

Le début du charriage Le début du charriage

Diagramme de Shields

Contrainte de cisaillement adimensionnelle

( ^{s 1} ) ^d

g −

ρ

= τ θ

( ^{s h − J 1} ) ^d

= θ

(par définition)

h : hauteur d’eau

J : pente de frottement d : diamètre des grains s : ρ ^s ρ = ^{2 . 6} ÷ ^{2 . 7}

h<<b

3 / 1 2 50 s

*

d g

d ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛

ρ υ ρ

−

= ρ

Diamètre adimensionel

θ cr

= θ

θ

Aménagements de cours d’eau

Stabilisation des berges - Dimensionnement des enrochements Stabilisation des berges - Dimensionnement des enrochements

Contraintes de cisaillement maximales sur les berges

J h

g

0.77 _max

Rmax = ρ τ

Contraintes de cisaillement adimensionnelles

J h

0.77 _max

Rmax = ρ τ

= θ

h _max : hauteur d'eau maximale sur les berges

J : pente de frottement s : s = ρ _s /ρ = 2.65

Blocs de pierres enterrées selon la profondeur d’affouillement attendue

Blocs comme refuge à poissons

h _max

m

1 α

Filtre ou

géotextile

Aménagements de cours d’eau

Dimensionnement des enrochements selon Stevens et al Dimensionnement des enrochements selon Stevens et al

Procédure de dimensionnement

d ) 1 s (

J h

17 . 16

B max cr = −

θ θ

= η

tan tan S

; cos

S m m

α ϕ α =

η

= ξ

2 4

S

S ^{m 2}

⎟ ⎟

⎟ ⎟

⎟

⎠

⎞

⎜ ⎜

⎜ ⎜

⎜

⎝

⎛ ξ + − ξ

=

H _max : hauteur d'eau maximale sur les berges J : pente de frottement

s : densité spécifique s = ρ _s/ ρ.

θ : contrainte de cisaillement adimensionnelle

θ _cr : contrainte de cisaillement adimensionnelle critique θ _cr = 0.047 en général (formule 1)

θ _cr = 0.1 pour des rivières de montagnes avec des gros blocs dans le lit

(formule 1 : 16.17 −−> 7.7 )

η ,ξ : facteurs de dimensionnement selon Stevens et al α : angle du talus avec l'horizontale (tan α = 1:m) ϕ : angle d'un talus d'enrochements stable sans

écoulement:

blocs < 1t −−> ϕ = 40 − 45°.

blocs > 1t −−> ϕ = 45 − 60°.

S : coefficient de sécurité (S _min = 1.0 / 1.3 selon conditions) S _m : coefficient de sécurité sans écoulement

1

2

3

Aménagements de cours d’eau

Enrochement avec une seule couche Enrochement avec une seule couche

Géotextil

HQ ₁₀ - HQ ₂₀ Poid s du

bloc réd uit

HHQ

Aménagements de cours d’eau

Enrochements - Aspects constructifs Enrochements - Aspects constructifs

Remblai Pied du talus

de l'enrochement Lit

surface trop lisse

blocs posés défavorab- lement

blocs posés

favorablement

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Enrochement en deux couches Enrochement en deux couches

poid s ré du b loc duit

géotextil

blocs du pied couplés

avec des câbles en acier tapis des blocs / protection contre l'affouillement

HHQ

HQ ₁₀ - HQ ₅₀

Aménagements de cours d’eau

Enrochement avec risberme Enrochement avec risberme

HQ ₁₀ - HQ ₅₀ poids

rédu it du b loc

géotextil risberme

chemin de rive

groupe de blocs HHQ

tapis des blocs /

protection contre

l'affouillement

Aménagements de cours d’eau

Enrochement en deux couches

Enrochement en deux couches

Aménagements de cours d’eau

Enrochements – Protection contre l'affouillement Enrochements – Protection contre l'affouillement

S h _m S S h _m

S h _m S h _m

S h _m S h _m

S h _m h _m

Affouillements en courbe:

Aménagements de cours d’eau

Enrochements – Protection contre l'affouillement Enrochements – Protection contre l'affouillement

Estimation des affouillements à l'extérieur des tronçons-courbes

β

⎛ ⎞

= ⋅ ⎜ ⎟

⎝ ⎠

= ⋅ et

sin

k i m

m

m i

S h R

R

k h R

avec S : profondeur de l'érosion mesurée à partir de la surface de l'eau h _m : profondeur d'eau moyenne

R _i : rayon local R _m : rayon moyen

sin β : pente transversale locale du lit

L'exposant k selon l'approche de Kikkawa (1976) vaut:

avec θ : facteur de Shields (contrainte de cisaillement adimensionnelle)

(vitesse de cisaillement)

k = (2.575 ⋅ c − 4.078) θ

θ = ^⋅

− ⋅ ( 1)

m

m

h J

s d

= _m / _* , _* = ⋅ _m ⋅

c V V V g h J

Aménagements de cours d’eau

Enrochements – Protection contre l'affouillement Enrochements – Protection contre l'affouillement

Estimation des affouillements causés par l'écoulement méandrant Profil rectangulaire:

Profil trapézoïdal:

avec S : profondeur de l'érosion mesurée à partir de la surface de l'eau h _m : profondeur d'eau moyenne

B : largeur du lit

d _m : diamètre moyen de la granulométrie du lit

= + _0.15

6 ( / )

m

m

S h B

b d

− −

= +

⎡ − − ⎤

⎢ ⎥

⎣ ⎦

0.15

2 ( )

2 ( )

6

m m

m m

B n S h

S h B n S h

d

Aménagements de cours d’eau

Mesures de protection des rives

Eléments linéaires Eléments décomposés

Pans de rochers artificiels

Empierrements

Murs de protection

• Mur de

soutènement aval

• Mur-poids

• Mur plié

• Mur en blocs

• Paroi moulée

Epis

• Epis en blocs

• Epis en béton

Blocs résiduels artificiels

Enrochements

Blocs résiduels

artificiels

Aménagements de cours d’eau

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé

talus à pente ondulée

Aménagements de cours d’eau

2 configurations modélisées

λ = L = 1000 mm

0.30 L 0.23 L 0.19 L

L = 1000 mm

Configuration avec talus à pente ondulée

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe

Aménagements de cours d’eau

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe

Erosion dans l'anse Erosion à la pointe de

l'ondulation

Aménagements de cours d’eau

Érosion locale Érosion globale

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé en courbe

Aménagements de cours d’eau

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé Grande variabilité de l’écoulement le long du pied du talus

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé Grande variabilité de l’écoulement le long du pied du talus

50 ° 60°

Ressaut noyé Zone d’eau calme (intérieur)

Zone de charriage

Pied de

l’enrochement

Aménagements de cours d’eau

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé Erosion et écoulement local

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé Erosion et écoulement local

50 ° 60°

Zone d’eau calme (extérieure) Zone d’eau calme (intérieur)

Zone de charriage Ressaut noyé

Aménagements de cours d’eau

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé

Enrochement avec talus à pente variable et pied ondulé présente les avantages suivants :

• Impression que la protection de rives géométrique et monotone est remplacée par une rive à l’aspect naturel

• La rugosité de la rive est augmentée par le talus à pente variable et le pied ondulé ce qui réduit le danger de l’affouillement au pied de l’enrochement

• Les petites baies entre les ondulations produisent une

morphologie variée du lit proche de la rive (bancs de sable et Enrochement avec talus

Enrochement avec talus à à pente variable et pied ondulé pente variable et pied ondul é pré pr ésente les sente les avantages suivants :

avantages suivants :

• • Impression que la protection de rives gé Impression que la protection de rives g éom omé étrique et monotone trique et monotone est remplac

est remplac ée par une rive é e par une rive à à l l ’aspect naturel ’ aspect naturel

• • La rugosité La rugosit é de la rive est augment de la rive est augment ée par le talus é e par le talus à à pente variable et pente variable et le pied ondul

le pied ondulé é ce qui ré ce qui r éduit le danger de l duit le danger de l ’affouillement au pied de ’ affouillement au pied de l l ’ ’ enrochement enrochement

• • Les petites baies entre les ondulations produisent une Les petites baies entre les ondulations produisent une morphologie vari

morphologie vari ée du lit proche de la rive (bancs de sable et é e du lit proche de la rive (bancs de sable et fosses d

fosses d’é ’érosion locales) et servent de refuges aux poissons rosion locales) et servent de refuges aux poissons

Aménagements de cours d’eau

Enrochements pour les rivières en plaine Enrochements pour les rivières en plaine

¾ Dimensionnement avec démarche de Stevens et al. avec θ _cr = 0.05 et ϕ < 45 ^o (angle de repose du talus)

¾ Epaisseur minimale des enrochements en remblai

L'épaisseur minimale de l'enrochement en remblai dépend de la granulométrie choisie:

• - granulométrie avec les grains de diamètre presque uniforme d _min = 0.9 d _m , d _max = 1.1 d _m : épaisseur minimale s = 1 à 3 d _m - granulométrie étendue avec

d _min = 0.6 d _m , d _max = 1.6 d _m : épaisseur minimale s = 1.5 d _m (resp. s > d _max )

Le pied de l'enrochement doit être fondé à une profondeur suffisante pour

résister aux affouillements attendus.

Aménagements de cours d’eau

Enrochements pour les rivières en plaine

Enrochements pour les rivières en plaine

Aménagements de cours d’eau

Mesures de protection des rives

Eléments linéaires Eléments décomposés

Pans de rochers artificiels

Empierrements

Murs de protection

• Mur de

soutènement aval

• Mur-poids

• Mur plié

• Mur en blocs

• Paroi moulée

Epis

• Epis en blocs

• Epis en béton

Blocs résiduels artificiels

Enrochements

Blocs résiduels

artificiels

Aménagements de cours d’eau

Empierrement avec mortier ou béton Empierrement avec

mortier ou béton

Wassen-Göschenen, Reuss

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Mesures de protection des rives

Eléments linéaires Eléments décomposés

Pans de rochers artificiels

Empierrements

Murs de protection

• Mur de

soutènement aval

• Mur-poids

• Mur plié

• Mur en blocs

• Paroi moulée

Epis

• Epis en blocs

• Epis en béton

Blocs résiduels artificiels

Enrochements

Blocs résiduels

artificiels

Aménagements de cours d’eau

Murs de protection Mur de soutènement

en "L"

Murs de protection Mur de soutènement

en "L"

Ö Stabilité (renversement)

• poids propre

• forme du pied

Ö Sécurité contre l'affouillement

• profondeur de la fondation

• rugosité de surface

Problématique

du dimensionnement

Gurtnellen

Aménagements de cours d’eau

Murs de protection – Macro-rugosité verticale

pour augmenter la sécurité contre les

affouillements Murs de protection – Macro-rugosité verticale

pour augmenter la sécurité contre les

affouillements

Espacement des rainures:

10 à 15 x épaisseur des rainures

Choix de l’épaisseur: e ≥ d ₉₀

Aménagements de cours d’eau

Murs de protection – Macro-rugosité verticale pour augmenter la sécurité

contre les affouillements

Murs de protection – Macro-rugosité verticale pour augmenter la sécurité

contre les affouillements

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Aménagements de cours d’eau

Murs de protection – Augmentation de la sécurité contre le renversement par des corps de stabilisation

Murs de protection – Augmentation de la sécurité contre le renversement par des corps de stabilisation

Elément de rugosité

Corps de stabilisation Canalisation

Elément de rugosité

Corps de stabilisation Canalisation

Elément de rugosité Mur de protection

Corps de stabilisation Canalisation

Elément de rugosité Mur de protection

Corps de stabilisation Canalisation

Aménagements de cours d’eau

Murs de protection Mur-poids

Murs de protection Mur-poids

Etapes de bétonnage Revêtement

avec blocs Etapes de bétonnage

Revêtement

avec blocs Etapes de bétonnage

Revêtement

avec blocs Etapes de bétonnage

Revêtement

avec blocs

Aménagements de cours d’eau

Murs de protection

Combinaison: mur de soutènement en "L" – mur-poids

Murs de protection

Combinaison: mur de soutènement

en "L" – mur-poids

Aménagements de cours d’eau

Proposition d'un nouveau type de mur

de protection:

mur plié

Proposition d'un nouveau type de mur

de protection:

mur plié

Mur plié avec revêtement en pierres taillées

1 1

2 2

0 1 5 m

Dalle de pied resp. de couverture

Mur plié avec revêtement en pierres taillées

1 1

2 2

0 1 5 m

Dalle de pied resp. de couverture

Coupe 1-1

Dalle de pied

Coupe 2-2

Mur plié revêtement

en pierres Dalle de couverture

0 1 5 m

Coupe 1-1

Dalle de pied

Coupe 2-2

Mur plié revêtement

en pierres Dalle de couverture

0 1 5 m

Coupe 1-1

Dalle de pied

Coupe 2-2

Mur plié revêtement

en pierres Dalle de couverture

0 1 5 m

Coupe 1-1

Dalle de pied

Coupe 2-2

Mur plié revêtement

en pierres Dalle de couverture

0 1 5 m

Aménagements de cours d’eau

Comparaison d'un mur de soutènement en "L" avec un mur plié Comparaison d'un mur de soutènement en "L" avec un mur plié

Coupe 1-1

Dalle de pied

Coupe 2-2

Mur plié revêtement

en pierres Dalle de couverture

0 1 5 m

Coupe 1-1

Dalle de pied

Coupe 2-2

Mur plié revêtement

en pierres Dalle de couverture

0 1 5 m

Coupe 1-1

Dalle de pied

Coupe 2-2

Mur plié revêtement

en pierres Dalle de couverture

0 1 5 m

Coupe 1-1

Dalle de pied

Coupe 2-2

Mur plié revêtement

en pierres Dalle de couverture

0 1 5 m

max. Kolktiefe

A

0 1 5 m Affouillement maximal max. Kolktiefe

A

0 1 5 m Affouillement maximal

Mur de soutènement en "L"

Epaisseur: 0.6 à 1.40 m

Sécurité au renversement: 1.50

Volume du béton par m' de longueur:

Mur plié

Epaisseur: 0.6 m

Sécurité au renversement: 1.50

Volume du béton par m' de longueur:

Aménagements de cours d’eau

Murs de protection – mur en blocs

Murs de protection – mur en

blocs