Ce document contient une introduction académique sur le rétablissement des écoulements naturels, destiné aux étudiants universitaires. Il couvre les notions suivantes:
- Estimation du débit de projet en fonction d’une période de retour et d’un débit exceptionnel.
- Dimensionnement des ouvrages hydrauliques, incluant le choix et le calage de l’ouvrage, le contrôle de la hauteur d’eau amont, des vitesses d’écoulement et du tirant d’air.
- Conception et protection des ouvrages hydrauliques, avec une distinction entre les produits préfabriqués et les ouvrages coulés en place.
- Étude structurelle des ouvrages projetés et critères de durabilité pour les vitesses d’écoulement.
Exercices TD Hydraulique -Hydrologique
Télécharger PDFChapitre IV. Rétablissement des écoulements naturels
Cas des routes traversant un cours d’eau
Nous ne nous intéressons pas au cas des rivières et fleuves (ce qui est du ressort des études des ouvrages d'art). Nous nous limiterons donc au cas des ouvrages qui devraient pouvoir assurer le rétablissement des cours d'eau naturels (en tout cas dont les bassins versants (BV) sont inférieurs à 100 km2).
Éléments de doctrine
Le rétablissement hydraulique des écoulements naturels consiste à :
- l’estimation du débit de projet en fonction d’une période de retour et d’un débit exceptionnel
- le dimensionnement
Évaluation du débit de projet QP P
Le débit exceptionnel à prendre en compte est au moins égal à 1,5 fois QP. Une évaluation de son impact sur la sécurité des usagers, la pérennité de l’infrastructure doit être menée en vue d’apprécier les mesures à prendre.
Dimensionnement
- Le choix et le calage de l’ouvrage hydraulique
- Contrôle de la hauteur d’eau amont
- Contrôle des vitesses d’écoulement
- Contrôle du tirant d’air
Conception des ouvrages hydrauliques
On distingue généralement 4 familles d’ouvrages : les buses circulaires, les dalots, les buses arches, et les ouvrages d’art. Dans la mesure du possible, les produits préfabriqués seront à rechercher plutôt que des ouvrages coulés en place plus coûteux. Les ouvrages en béton armé présentent d’excellentes garanties de solidité et de longévité. L’étude structurelle des ouvrages projetés relève d’un bureau d’études spécialisé en ouvrage d’art.
Protections des ouvrages hydrauliques
Hauteur d’eau amont (HAM) et vitesse d’écoulement (Ve) dans les ouvrages hydrauliques
Le principe de la méthode consiste à déterminer en premier lieu le régime de l’écoulement à l’aval de l’ouvrage projeté pour calculer la hauteur d’eau à l’amont HAM de l’ouvrage :
- Si l’écoulement est en régime fluvial, l’ouvrage projeté doit être calé en régime fluvial.
- Si l’écoulement est en régime torrentiel, l’ouvrage projeté peut être calé en régime fluvial ou torrentiel.
La relation générale donnant HAM est la suivante :
- ye = hauteur d’eau à l’entrée et à l’intérieur immédiat de l’ouvrage hydraulique, en mètre.
- Ve = vitesse à l’entrée de l’ouvrage en mètre par seconde sous ye.
- Ke = coefficient de perte de charge à l’entrée de l’ouvrage hydraulique (fonction du type de tête).
- SEM = section mouillée à l’entrée de l’ouvrage sous ye en m2.
Les vitesses doivent respecter les critères suivants vis-à-vis de la durabilité des ouvrages :
- Ouvrages en béton : Ve ≤ 4 m/s
- Ouvrages métalliques : Ve ≤ 2,5 m/s
Tirant d’air (TA) de l’ouvrage hydraulique
Pour une ouverture > 2,00 m : TA de 0,50 à 1,50 m. Pour une ouverture ≤ 2,00 m : à apprécier. Le taux de remplissage de l’ouvrage hydraulique pour le débit de projet ne doit pas excéder 0,75.
FAQ
1. Quels sont les critères de durabilité pour les vitesses d’écoulement dans les ouvrages hydrauliques ?
Les vitesses doivent respecter les critères suivants : pour les ouvrages en béton, Ve ≤ 4 m/s ; pour les ouvrages métalliques, Ve ≤ 2,5 m/s.
2. Quelle est la relation générale pour déterminer la hauteur d’eau amont (HAM) ?
La relation générale donnant HAM est la suivante : ye = hauteur d’eau à l’entrée et à l’intérieur immédiat de l’ouvrage hydraulique, en mètre ; Ve = vitesse à l’entrée de l’ouvrage en mètre par seconde sous ye ; Ke = coefficient de perte de charge à l’entrée de l’ouvrage hydraulique (fonction du type de tête) ; SEM = section mouillée à l’entrée de l’ouvrage sous ye en m2.
3. Quels sont les types d’ouvrages hydrauliques couramment utilisés ?
On distingue généralement 4 familles d’ouvrages : les buses circulaires, les dalots, les buses arches, et les ouvrages d’art.