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COMPORTEMENT MECANIQUE DU MASQUEDU BARRAGE BOUHNIFIA (ALGERIE)
EN ABSENCE DE LA PROTECTION THERMIQUE
وزارة التعلیم العالي والبحث العلمي
-جامعة باجي مختارعنابة
Faculté des sciences de l’ingénieur Année 2009
Département d’Hydraulique
MEMOIREPrésenté en vue de l’obtention du diplome de MAGISTER
Option:
Hydraulique Urbaine et Construction Hydraulique
Par
MELLE Bounaadja Zoulikha
DEVANT LE JURY
DIRECTEUR DE MEMOIRE : MR LAKHDAR DJEMILI M.C UNIVERSITE DE ANNABA
PRESIDENT : MME Houria KHERICI PR UNIVERSITE DE ANNABA
EXAMINATEURS :MR Hocine AMARCHI
M.C UNIVERSITE DE ANNABA
MR Mohamed MEKSAOUINE M.C UNIVERSITE DE ANNABA
BADJI MOKHTAR- ANNABA UNIVERSITY
UNIVERSITE BADJI-MOKHTAR-ANNABA
Je dédie ce modeste travail
A mes très chers parents pour leur amour, leur soutient morale et leur
encouragement.
A ma cher sœur et mon cher frère
A mon très cher « le petit Loay »
A Mr. L. Djemili le directeur de ce mémoire.
A tous mes enseignants et collègues de tout les cycles.
A mes cher amies sans citer des noms.
Mon remerciements et ma gratitude sont destinés : à Dieu qui m’a permis deréussir et de poursuivre le chemin de savoir.
Ainsi qu’a Monsieur L. Djemili qui a fait honneur à son engagement par : sesconseils, ses remarques précieuses, sa documentation, sa patience et sa sincérité quim’ont aidé d’arriver à ce travail.
J’adresse aussi mes vifs remerciements à Madame H. Kherici professeur audépartement d’Hydraulique d’avoir accepté de présider ce jury.
Je remercie également Mr H.Amarchi maître de conférence au départementd’Hydraulique, Mr Med. Meksaouine maître de conférence au départementd’Hydraulique, d’avoir pris le soin d’examiner ce travail et me faire l’honneur departiciper au jury.
Je tiens aussi à adresser mes remerciements à Mr Y. Hadidane le chefdépartement de Génie Civil, Mr M. Bihime ainsi que Mme Chelghoum et tous lesresponsables du laboratoire de mécanique des soles au département de Génie Civil.
J’adresse aussi mes vifs remerciements à Mr k. Zenzen le chef service et legroupe des techniciens du produit noir du laboratoire des travaux publics EstAnnaba, qui ont apporté une aide efficace.
Enfin, je remercie énormément tous ceux qui ont participé de prés ou de loinet qui ont contribué à l’élaboration de ce travail.
Table des matières
Table des matières …………………………………………..…………………………………………………………………..….....i
Liste des tableaux……………………………………………………………………………………………………………………...iv
Liste des figures…………………………………………………………….……………………………………………………….…..v
Liste des photos…………………………………………………………………………………………………………………….…..vi
Listes des symboles ……………………………………………………….….……………………..…………………………..…viii
ملخص ……………………….……………………… ………………………………………………………………………………..…..…..x
Résumé………………………………………………………… ……………………………………………………………………..……..xi
Abstract………………………………………………………….………………………………………………………………...……….xii
Introduction général…………………………………………………………………………...……….……………………... 1
Chapitre 1 : Généralités sur les barrages………………………………………………………….………... 3
1.1 Historique ……………………………………… …………………………………………………………………………….……..4
1.2 Différents usages …………………………………………………………………………………………………………………4
1.3 Techniques de construction……………………………………………………………………………………….………. 5
1.4 Différents types de barrages ……………………………………………………………………………………….….....5
1.4.1 Barrages rigides ……………………………….……………………………………………………….………...……..5
1.4.1.1 Barrages-poids……………………………….………………………………………………...……………..6
1.4.1.2 Barrages voûtes……………………………….…………………………………………………….…...…..6
1.4.1.3 Barrages à contreforts ……………………………….……………………………………………...…..7
1.4.1.4 Barrages poids-voutes ……………………………….…………………………………….………..…..8
1.4.2 Barrages souples ……………………………….…………………………………………………………………….....8
1.4.2.1 Barrages en terre …………………………………………...………………….………………….…...…..8
1.4.2.2 Barrages en enrochement………………….……………………………………………….………..11
Chapitre 2: Etanchéité des barrages en remblai……………………………………………………..13
2.1 Etanchéité du massif ……………………………………… ………………………………………………………………..14
2.2 Choix du système d’étanchéité …………………………………………………………………………………………14
2.3 Différent types d’organes d’étanchéité……………………………………………………………………………15
2.3.1 Noyaux ………………………………………………………………………………………………………………….…..15
2.3.1.1 Noyau argileux compacté …………….……………………………………………………………..15
2.3.1.2 Noyau bitumineux ……………………………….……………………………………………………...15
2.3.2 Masque amont ……………………………….………………………………………………………………………..16
2.3.2.1 Masque en béton de ciment ……………………………….…………………………………..…..17
2.3.2.2 Masque en acier ……………………………….……………………….………………………….……..17
2.3.2.3 Masque en terre ……………………………….……………………………………….……….………..17
2.3.2.4 Masques en béton bitumineux …………………………………………….………………...…..17
Conclusion………………….…………………………………….………………………………………………………………...……..18
Chapitre 3: Etanchéité par le masque en béton bitumineux……………………..………..19
3.1 Historique………………………… ………………………………………………………………………………………………..20
3.2 Type d'application bitumineuse …………………………………………………………………………………….…20
3.3 Domaine d'application hydraulique …………………………………………………………………………..…….20
3.4 Définitions …………………………………………………………………………………………………………………….….…21
3.4.1 Le Bitume ………………………………………………………………………………………………………….………21
3.4.2 Le Béton Bitumineux …………………………………………………………………………………………..…21
3.4.3 Les enrobés bitumineux a chaud ……………………………………………………………………………21
3.5 Conditions de constitution des bétons bitumineux……………………………………………………..…..21
3.6 Evolution des masques en béton bitumineux……………………………………………………………..…..23
3.7 L'expérience Française des masques en béton bitumineux……………………………………………24
3.8 L'expérience Algérienne …………………………………………………………………………………………………..25
3.8.1 Barrage Ghrib………………………………………………………………………………………………...…………25
3.8.2 Barrage Bouhnifia……………………………………………………………………………………………….……25
3.8.3 Barrage Oued Sarno ………………………………………………………………………………………..………26
3.8.4 Barrages Ighil Emda………………………………………………………………………………………...………26
Conclusion…………………………………………………………………………………………………………………………...……27
Chapitre 4: Etude du masque de Bouhanifia……………………………………………..…..………..28
4.1 Généralités sur le barrage ………………………… ……………………………………………………….………..29
4.2 Le masque étanche ……………………………………………………………………………………………………....…32
4.2.1 Structure du masque étanche ………………………………………………………………………..……32
4.2.2 Comportement du masque étanche ……………………………………………………….….….…34
4.3 Etude de comportement du masque en absence de la protection
thermique…………………………………………………………………………………………………..…….………37
4.3.1 Matériaux …………………………………………………………………………………………………………..…37
4.3.2 Caractéristiques des matériaux utilisés (granulats, filler et
bitume)……………………………………………………………………………………………………………….……37
4.3.2.1 Gros agrégats x…………………………………………………………………..………………..…..38
4.3.2.2 Agrégats Fins ………………………………………………………………………………………..…..38
4.3.2.3 Filler …………………………………………………………………………………………………………39
4.3.3 Méthode expérimentale …………………………………………………………………………….………..39
4.3.3.1 Analyse granulométriques ………………………………………………...………...………39
4.3.3.2 Détermination des caractéristiques des agrégats ……………...………..……43
4.3.3.3 Détermination des caractéristiques du bitume ……………..……………….…46
4.3.3.4 Préparation du mélange et confection des éprouvettes ……..………46
4.3.3.5 Détermination des propriétés des mélanges bitumineux
« éprouvette » ………………………………………………………………………………………………….……50
Conclusion ………………………………………………………...……………………………………………………………………..65
Conclusion générale……………………………………………………………………………………………………...……66
Annexe 1 Termes Techniques ……………………………………………………………………...………………..69
Annexe 2 Dimensions des tamis normalisés [AFNOR]…………………………………....……71
Annexe 3 Exemples de la mise en place de la couche
bitumineuse……………………………………………………..………………………...........................................................……72
Références Bibliographiques…………………………………………………………………………………....……74
Liste des tableaux
Tableau 4.1 : Caractéristiques du béton bitumineux du barrage de Bouhnifia………………. 37
Tableau 4.2 : Analyse granulométrique de l’échantillon………………………………………………….….42
Tableau 4.3 : Equivalente du sable……………………………………………………………… ………………………..45
Tableau 4.4 : Masse volumique………………………………………………………………………………..……..………45
Tableau 4.5 : Caractéristiques des éprouvettes en béton bitumineux ……………………….………. 53
Tableau 4.6 : La résistance à la compression………………………………………………………….……….……..56
Tableau 4.7: Pourcentage d’imbibition…………………………………………………………….………………….…..57
Tableau 4.8: Pourcentage de gonflement……………………………………………………………………………...….58
Tableau 4.9: Stabilité suivant Marshall …………………………………………………………………….……..………60
Tableau 4.10: Perméabilité………………………………………………………………………………….……….… ….……61
Tableau 4.11: Tableau Récapitulatif…………………………………………………………………….…………..…........61
Tableau A.2 : Dimensions des tamis normalisés [AFNOR] ……………………………….………….…..…....71
Liste des Figures
Figure 1.1 : Barrage poids………………………………………………………………………………………………….…. 6
Figure 1.2 : Barrage voûte…………………………………………………..…………………………………………...……..7
Figure 1.3 : Barrage à contreforts………………………………………………………… ……………………….……..7
Figure 1.4 : Barrage homogène………………………………………………………………………………………...……9
Figure 1.5 : Barrage à noyau……………………………………………………………………………………………...…. 10
Figure 1.6 : Barrage à masque…………………………………………………………………………………………...…..10
Figure 1.7 : Coupe d'un barrage en enrochement ……………………………….……………………………....11
Figure 2.1 : Coupe d'un barrage à masque amont …………………………………………………………..…..16
Figure 3.1 : Types de masque en béton bitumineux ……………………………………………………….……24
Figure 4.1 : Profil type du barrage de Bouhnifia……………………………………………………...……..…....30
Figure 4.2 : Coupe du masque étanche …………………………………………..…………………………………......32
Figure 4.3: Fuseau granulométrique recommandé ……………………………………………..............….……41
Figure 4.4: Courbe granulométrique de l’échantillon……………………………………….…………...……43
Liste des Photos
Photo 4.1 : Fissuration des panneaux n°26, 27 et 28 de l’avant masque…………………..….……. 34
Photo 4.2 : Cassure supérieur du panneau n°29 de l’avant masque
au niveau de l’ancrage ………………………….…………………………………………….……………. 35
Photo 4.3 : Détail de la cassure du panneau n°29 de l’avant masque
au niveau de l’ancrage …………………………………………………………………..….……….……. 35
Photo 4.4 : Gros agrégat ………………………………………………………………………………………….……………. 38
Photo 4.5: Agrégats fins……………………..……………………………………….…………………………………….……..38
Photo 4.6: Filler…………………………………………………………………………………………………..………….….….….39
Photo 4.7: Série Des Tamis ………………………………………………………………………………...…………………. 40
Photo 4.8: Tamiseuse électrique…………………………………………………………………..........................................40
Photo 4.9: Balance………….………………………………………………………………………………………….…..………...40
Photo 4.10: Etuve ………………………………………………………………………………………………………………...…..40
Photo 4.11 : Tamisage électrique …….………………………………………………………………………………..…....42
Photo 4.12: Échantillon…………………………………………………………………………………………………………...42
Photo 4.13: Verres gradués………………………………………………………………………………………………..…....44
Photo 4.14: Verres gradués rempli d’eau ………………………………………………………………………..…....44
Photo 4.15: Remplissage des verres par l’échantillons du sable …………………..…………………....44
Photo 4.16: Malaxeur électrique ……………………………..………………………………………………………….....47
Photo 4.17: Malaxage du mélange………………………………………………………………………………..…..…....47
Photo 4.18: Mélange …………………………………………..…………………………………………………………………....47
Photo 4.19: Préparation des moules ………………………………………………………………………….……..…....48
Photo 4.20: Remplissage des moules ………………………………………………………………………………..…....48
Photo 4.21: Compactage des éprouvettes pour l’essai de Marshall ……………………………..…....49
Photo 4.22: Compactage des éprouvettes pour l’essai de compression ………………………..…....49
Photo 4.23: Refroidissement des éprouvettes ……………………………..………………………………………...49
Photo 4.24: Démoulage des éprouvettes ……………………………..…………………………………………….......50
Photo 4.25: La mise des éprouvettes dans des bains marées …………………………………….…..…....55
Photo 4.26: Essai de compression ……………………………..…………………………………………………………...56
Photo 4.27: Des éprouvettes conservées dans l’eau pendant 14 jours………..……………….....…....57
Photo 4.28: Appareil de Marshall……………………………………………………………………………………..…....59
Photo 4.29: Assai de Marshall………………………………………………………………………….………………..…....59
Photo 4.30: Coupes des éprouvettes …………..…………………………………………………………..….……..…....62
Photo 4.31: Support incliné du pente du barrage de Bouhanifia (1/1) ………..………………..…....63
Photo 4.32: Des éprouvettes colées sur le support………..………………………………………………….…....63
Photo 4.33: Mettre le support dans une étuve………..…………………………………………………….……....64
Photo 4.34: Des é éprouvettes après conservation de 48h dans l’étuve ………….……………..…....64
Photo A.3 Exemples de la mise en place de la couche bitumineuse………….……………..……..…....72
Liste des symboles
ES Equivalente de sable
h1 Sable propre + élément fins
h2 Sable propre
ρs Masse volumique absolu
V1 Volume 1 de l’eau
V2 Volume 2 de l’eau
Dm La densité vraie de l’éprouvette
Pb Le pourcentage en poids du bitume
Db La densité du bitume
Pa1,a2,a3….. Le pourcentage en poids des agrégats
Da1,a2,a3….. La densité de l’agrégats 1, 2,3, etc.….
Vm Pourcentage volumétrique des vides résiduels
C Pourcentage volumétrique des pleins
dA Densité apparente de l’agrégat dans l’éprouvette
DA Poids spécifique de l’agrégat
VA Pourcentage volumétrique des vides occupés par l’air
Rb Pourcentage de vides comblés par le bitume
Vb Le volume des vides occupés par le bitume
R0 Résistance à la compression à une température de 0°C
R20 Résistance à la compression à une température de 20°C
R50 Résistance à la compression à une température de 50°C
Kt Cœfficient de la stabilité calorifique
Ke Cœfficient de souplesse
R La résistance à la compression
P La charge maximale
S l La section latérale
Pim Pourcentage d’imbibition
P0 Poids de l’éprouvette avant l’immersion
Ph Poids de l’éprouvette imbibée après 14 jours
Pg Pourcentage de gonflement
V0 et Vh Sont respectivement les volumes de l’éprouvette avant et après
l’immersion pendant 28 jours
K Perméabilité
q Débit de fuite
l Epaisseur de la plaque
h Pression en (cm) d’eau, mesurée depuis la face inférieure de la plaque
f Surface de l’éprouvette
صــــملخموضوعة على " الجزائر"طبقة الكتامة المصنوعة بمادة الخرسانة المزفتة لسد بوحنیفیة
یصبح مھدد تامة المنحدر األمامي بوساطة طبقة التصریف من اإلسمنت المسامي، استقرار طبقة الكلذا كان من الضروري حمایتھا عن طریق تغطیتھا ،)°م70(في درجة حرارة مباشرة تصل إلى غایة
لضمان أن . بقة من الخرسانة المسلحة، ھذا الحل مع أنھ بدون شك ممتاز غیر أنھ یبقى جد مكلفبططبقة الخرسانة المزفتة المعتمدة لن تتشوه أو تسیل تحت تأثیر الحرارة الجد مرتفعة قمنا بوضع عینة
نفس درجة في ساعة داخل فرن 48لمدة ) منحدر سد بوحنیفیة (1/1مشكلة على منحدر مائل بدرجة النتائج المتحصل علیھا أثبتت أن طبقة .األولیةھذه التجربة أن العینة احتفظت بحالتھا بینت.الحرارة
الكتامة لسد بوحنیفیة المصنوعة من الخرسانة المزفتة تستطیع مقاومة درجة الحرارة العالیة من دون .وضع طبقة الحمایة
استقرار، درجة در، كتامة، طبقة أمامیة،زفت، خرسانة مزفتة، منح:الكلمات األساسیة. سدالحرارة،
RESUME
Le masque d’étanchéité en béton bitumineux du barrage Bouhanifia "Algérie" est
appliqué sur le talus amont par l'intermédiaire d'une couche drainante de béton de ciment poreux.
La stabilité du masque pouvant devenir précaire aux températures atteintes par insolation directe
(70°C), il était indispensable de le recouvrir d'une protection thermique. Cette protection devait
être obtenue avec une couche en béton appuyée sur le masque. Cette solution, sans doute
parfaite, avait l'inconvénient d'être fort coûteuse. Pour s'assurer que le béton bitumineux adopté
(masque) ne risque pas de se déformer et de couler sous l'influence d'une température très élevée
qui peut atteindre 70 °C, nous avons placé un échantillon confectionné sur un parement incliné
1/1 (pente du barrage Bouhanifia) et maintenu pendant plus de 48 heures dans une étuve à la
même température. Cette expérience a permis de déterminer que l'échantillon a gardé sa forme
initiale. Les résultats obtenus ont confirmés que le masque du barrage Bouhanifia peut résister à
l’action de la température sans la nécessité de la protection thermique.
Mots clés : "Bitume, Béton bitumineux, Pente, Etanchéité, Masque amont, Stabilité,
Température, Barrage"
ABSTRACT
The bituminous concrete apron of the Bouhnifia dam "Algeria’s applied to the slope upstream by
the intermediary of a drainage porous cement concrete course. The stability of the mask which
can become precarious at the temperatures reached by direct insulation (70°C), it was essential to
cover it with a thermal protection. This protection was to be obtained with a concrete bed pressed
on the mask. This solution, undoubtedly perfect, had the disadvantage of being extremely
expensive. To make sure that the adopted asphaltic concrete (mask) is not likely to become
deformed and run under the influence of a very high temperature which can reach 70 °C, we
placed a sample made on a facing tilted 1/1 (slope of the Bouhnifia dam) and maintained during
more than 48 hours in a drying oven at the same temperature. This experiment made it possible
to determine that the sample kept its initial form. The results obtained confirmed that the mask of
the Bouhnifia dam can ensure the sealing without the need for thermal protection.
Keywords: “Bituminous, Bituminous concrete, Slope, water tightness, Mask upstream Stability,
Temperature, Dam”
Introduction générale
Le barrage est, par essence, un ouvrage destiné au stockage de l’eau. Aussi pour assurer
efficacement cette fonction, doit-il se montrer le plus étanche possible.
A ce propos, il convient de bien distinguer la notion d’étanchéité du corps du barrage, un
contrôle défectueux des écoulements à travers le barrage met en cause à la fois la stabilité, par la
réparation défavorable des sous pressions et sa pérennité par l’accélération des processus de
vieillissement.
L’organe d’étanchéité d’un barrage assure la fonction première de l’ouvrage qui est de
retenir de l’eau et éviter l’infiltration à travers le corps de celui-ci.
Les masques en béton bitumineux sont utilisés depuis longtemps pour assurer l’étanchéité
des barrages en remblai. Dans les soixante dernière années. Plus de 300 barrages de hauteur de
30m et des réservoirs de hauteur supérieur à 15m, leur étanchéité a été assurée par ce type de
masque.
L’expérience de l’utilisation des masques d’étanchéité amont en béton bitumineux [6]
s’est peu répondue en Algérie : barrage de Ghrib (1926-1938), (Bouhnifia (1930-1941), Sarno
(1947-1954) et Eghil-Emda.
Le barrage de Bouhanifia a été implanté dans un terrain médiocre. Afin d’éviter les
risques de tassement, une digue souple capable de s’adapter aux mouvement du sol a été réalisé.
L’étanchéité de ce barrage est assurée par un masque amont souple et étanche en béton
bitumineux de 12 cm d’épaisseur placé sur le talus amont.
Le problème posé au barrage de Bouhanifia est particulièrement délicat en raison de
l’instabilité du masque qui pouvait devenir précaire à la température atteinte par insolation
directe (70°C), il est donc indispensable de le recouvrir d’une protection thermique. Cette
dernière est constituée par une couche de béton de ciment de 10 cm d’épaisseur, armée d’un
grillage d’acier martin galvanisé.
Dans le présent travail nous allons étudier le comportement mécanique et physique du
masque sous une température de (70°C) en négligeant la protection thermique, pour aboutir à ce
but on a adopté la méthodologie suivante :
Après une introduction générale, le premier chapitre, donne des notions générales sur les
différents types de barrages.
Le second chapitre, traite en détail les différents organes proposés pour l'étanchéité des
barrages en remblai.
Le troisième chapitre, traite l’étanchéité des barrages en remblai par le masque en béton
bitumineux.
Le quatrième chapitre, qui représente la partie la plus importante du travail, qui est l’étude
du masque du barrage de Bouhanifia.
Enfin, une conclusion générale, des annexes et une bibliographie qui se rapporte aux
différents sujets traités dans ce travail.
Chapitre 1
Généralités sur les barrages
1.1 Historique1.2 Différents usages1.3 Techniques de construction1.4 Différents types de barrages 1.4.1 Barrages rigides
1.4.1.1 Barrages-poids 1.4.1.2 Barrages voûtes 1.4.1.3 Barrages à contreforts 1.4.1.4 Barrages poids-voutes 1.4.2 Barrages souples 1.4.2.1 Barrages en terre
§ Homogène§ A noyau§ A masque
1.4.2.2 Barrages en enrochementConclusion
Un barrage est un ouvrage d’Art placé en travers d’un cours d’eau, destiné à retenir et
stocker de l’eau ou à la dériver.
1.1 Historique
Les barrages existent depuis la préhistoire (réserve d'eau potable, d'irrigation, viviers,
piscicultures) mais c'est au moyen age qu'ils se sont fortement développés en Europe pour
alimenter les moulins à eau. Il semble qu'ils aient parfois pu s'appuyer sur des sédiments
accumulés en amont d'embâcles naturels, ou sur les lieux de barrages de castors dont la
toponymie conserve des traces.
Les techniques de la fin du XIX e et du début du XX e siècle ne permettaient pas
l’édification de retenues de grande capacité. Les premiers barrages ont surtout une fonction de
dérivation d’une partie de l’eau (écrémage) vers une conduite forcée ou un canal d’irrigation.
L’amélioration des techniques et des bétons dans le premier quart du XX e siècle permet
d’envisager la réalisation de retenues plus conséquentes, capables de réguler la production hydro-
électrique.
La géologie (nature des roches sur lesquelles sera édifié le barrage, agrégats extraits sur
place) et la topographie (largeur de la vallée), commande le type de barrage utilisé. [40]
1.2 Différents usages
Les barrages sont conçus dans un objectif bien précis, mais certains ouvrages peuvent
combiner plusieurs usages. Parmi ces fonctions, on trouve la régulation des cours d'eau (maintien
d'un niveau minimum des eaux en période de sécheresse, barrage écrêter de crue), le stockage
d'une réserve d'eau, utilisée pour alimenter un canal ou une ville, lutter contre les incendies ou
irriguer les cultures, une prévention relative des catastrophes naturelles (crues, inondations), par
la création des lacs artificiels ou des réservoirs ,la production d'énergie électrique, la plaisance ou
encore la décantation et le stockage de déchets miniers.
1.3 Techniques de construction
Un barrage est soumis à plusieurs forces. Les plus significatives sont :
· La poussée hydrostatique exercée par l'eau sur son parement exposé à la retenue d'eau ;
· Les sous-pressions (poussée d'Archimède), exercées par l'eau percolant dans le corps du
barrage ou la fondation ;
· Les éventuelles forces causées par l'accélération sismique.
Pour résister à ces forces, deux stratégies sont utilisées :
· Construire un ouvrage suffisamment massif pour résister par son simple poids, qu'il soit
rigide (barrage-poids en béton) ou souple (barrage en remblai) ;
· Construire un barrage capable de reporter ces efforts vers des rives ou une fondation
rocheuse résistante (barrage-voûte, barrage à voûtes multiples…)
1.4 Différents types de barrages
Chaque barrage est un cas particulier par ses dimensions, sa nature du terrain sur lequel il
s'appuie, l’importance des débits dans la rivière, par sa conception générale et les matériaux qui
le constituent, il peut généralement être classé en deux groupes :
- Les barrages rigides (en béton ou en maçonnerie)
- Les barrages souples (en remblai) : (terre ou enrochement)
1.4.1 Barrages rigides
· Les barrages en maçonnerie sont des matériaux moins utilisés actuellement mais
composant un grand nombre des barrages existants.
· Les barrages en béton comportent :
- Les Barrages poids;
- Les Barrages voûtes;
- Les Barrages à contreforts;
- Les Barrages mixtes (poids- voûtes).
1.4.1.1 Barrages poids
La stabilité des barrages poids sous l'effet de la poussée de l'eau est assurée par le poids
du matériau.
Ces ouvrages peuvent être en maçonnerie ou en béton, en maçonnerie hourdée à la chaux
pour les plus anciens, en béton compacté au rouleau pour les plus récents. Ce type de barrage
convient bien pour des vallées larges ayant une fondation rocheuse. Ils sont souvent découpés en
plots à la construction.
La stabilité des barrages poids repose essentiellement sur leur fruit et, si nécessaire, sur
l'efficacité du drainage qui met le massif poids à l'abri des sous-pressions.
La méthode classique d’étude de la stabilité d’un barrage poids consiste à analyser
l’équilibre global du barrage sous l’action du poids, de la poussée hydrostatique, des sous-
pressions et éventuellement d’autres actions secondaires (par exemple poussée des sédiments ou
séisme).[39-40]
Figure 1.1 : Barrage poids
1.4.1.2 Barrages voûtesLes barrages voûtes sont des barrages généralement en béton dont la forme courbe permet
un report des efforts de poussée de l’eau sur les rives rocheuses de la vallée. L'utilisation de
l'effet d'arc bien connu des constructeurs de cathédrales est plutôt récent dans le domaine des
barrages (encore qu'on en trouve des applications dès le XIII ème siècle en Iran ainsi que, sous une
forme plus rustique, par les Romains.
La réalisation d'une voûte est certainement la façon d'utiliser au mieux les capacités du
béton à supporter les efforts de compression, de diminuer le volume du matériau à mettre en
oeuvre. [39-40]
Figure 1.2 : Barrage voûtes
1.4.1.3 Barrages à contrefortsUn barrage à contreforts comprend une série de murs parallèles, généralement de forme
triangulaire, plus ou moins épais et plus ou moins espacés (les contreforts) ; une bouchure entre
contreforts transmettant à ceux-ci la poussée de l'eau.
Les parements amont sont en général fortement inclinés de manière à transmettre
directement au pied des contreforts et donc à la fondation rocheuse une partie de la poussée de
l’eau sur le parement amont.
Les barrages à contreforts sont bien adaptés aux vallées larges avec une fondation
rocheuse de bonne qualité. [39-40]
Figure 1.3 : Barrage à contreforts
1.4.1.4 Barrages poids - voûtes
Sont des barrages-poids dont la forme nettement arquée rend possible la création d'un
véritable effet voûte et donc un report des efforts sur les appuis latéraux.
Ce type de barrage convient bien lorsque la topographie permet de fermer la vallée par une forme
arquée de longueur réduite sans pour autant avoir une qualité de rocher en fondation suffisante
pour admettre des sollicitations ponctuelles fortes de type encastrement. Il s'agit en général de
barrages construits dans la première moitié du XX ème siècle. [39-40]
1.4.2 Barrages souples (en remblai)
On appelle barrages en remblai tous les barrages constitués d'un matériau meuble, qu'il
soit très fin (argile) ou très grossier (enrochement).
Cette famille regroupe plusieurs catégories, très différentes. Les différences proviennent
des types de matériaux utilisés, et de la méthode employée pour assurer l'étanchéité. On citant :
o Les barrages en terre (homogène, à noyau central, à masque amont)
o Les barrages en enrochements
1.4.2.1 Barrage en terre
Les barrages en terre présentent notamment l’avantage de pouvoir reposer sur des
fondations de médiocre qualité, c’est-à-dire compressibles.
Tous les barrages en terre peuvent être considérés comme des barrages-poids, c’est-à-dire
qu’ils résistent à la pression de l’eau par leur propre poids. On en trouve de trois types :
· Homogène,
· A noyau,
· A masque.
Figure 1.4 : Barrage homogène
Un barrage en terre est dit homogène lorsqu’il est constitué d’un même matériau à
dominante argileuse, relativement imperméable pour assurer à la fois l'étanchéité et la résistance.
Selon les ouvrages, la pente des talus sera plus ou moins forte, en fonction notamment des
caractéristiques du matériau employé.
La structure des barrages est souvent complétée par des dispositifs de drainage tels que
une butée aval drainante ; un tapis drainant sous le tiers ou la moitié aval ; une cheminée
drainante communiquant avec l'aval par un tapis ou des bretelles.
Des protections peuvent être disposées sur les faces extérieures : enrochements ou rip-rap
sur le parement amont pour éviter l'érosion due aux vagues, terre végétale engazonnée ou
enrochements sur le parement aval pour stabiliser la terre vis-à-vis du ruissellement de la pluie.
Ce type de barrages est bien adapté aux sites ayant une fondation déformable. [20-39-41]
Figure 1.5 : Barrage à noyau
Dans un barrage à noyau, les fonctions de résistance et d’étanchéité sont en quelque sorte
séparées. La résistance est assurée par les recharges placées sur les flancs de l’ouvrage, et
l’imperméabilité par le noyau central.
Le noyau au centre de l’ouvrage va être constitué de la terre la plus imperméable possible.
Il sera tenu de part et d’autre par des recharges composées, selon les cas, de terre plus perméable,
d’alluvions ou d’enrochements. [20-39-41]
Figure 1.6 : Barrage à masque
Il peut aussi exister des sites où aucune terre n’est disponible, mais seulement des
enrochements. Ceux-ci sont alors employés pour réaliser le corps du barrage, tandis que
l’étanchéité est assurée par un masque de béton, ciment ou béton bitumineux posé sur l’ouvrage
lui-même, côté amont. Le masque amont présente l’avantage de pouvoir être exécuté après
l’édification du remblai et de pouvoir être réparé aisément. [20-39-41]
1.4.2.2 Barrages en enrochement
Un barrage en enrochement n’est pas autre chose qu’un tas de cailloux à grande échelle
qui résiste par sa masse aux efforts auxquels il est soumis.
Il y a eu trois types de barrages en enrochement
· Le type en enrochements rangés ou arrimés, ils tiennent avec des talus plus raides et
permettent de réduire les volumes à mettre en place. Ils se tassent d'autant moins que les
enrochements sont mieux rangés. On leur a longtemps donné la préférence en France et
en Italie dans les années 50 (cas le plus ancien, le barrage de la Noie le second grand
barrage français construit en Bretagne en 1752).
· Le type en enrochements déversés (cas des barrages construits dans la première moitié du
XX ème siècle)
· Le type en enrochements compactés (qui s'est généralisé après les années 60).
Actuellement la tendance générale est de construire les barrages en enrochements
compactés. Grâce au compactage, les tassements des enrochements de bonne qualité peuvent être
réduits de 0.3 à 0.4 % de la hauteur du barrage.
Des très grands barrages en enrochement son construit dans le monde. Le plus haut du
monde est celui de Chicoasen (Mexique) de 263 m de hauteur et d'un volume de 15 hm3. Il est
suivi par celui de Chivor (Colombie) de 237 m de haut et d'un volume de 10,8 hm3.
En France le plus important est le barrage de Grand-Maison (avec noyau en terre) de 160 m
de hauteur et 16 hm3 de volume. [20-39]
Figure 1.7 : Coupe d'un barrage en enrochement
ConclusionLes barrages en remblai sont les mieux adaptées au contexte Africain à cause des
plusieurs raisons on citant :
- Peuvent être fondés sur des substrats meubles.
- Peuvent être fondés sur des larges vallées.
- Capables de s'adapter à d'éventuels mouvements de leur substratum.
- Disponibilité des matériaux de construction.
Le caractère plus ou moins perméable des matériaux des barrages en remblai impose la
nécessité d'un drainage artificiel pour évacuer les fuites éventuelles du revêtement et éviter les
risques de sous pression, mais le problème ne sera pas résolu, donc il lui faut un organe étanche
et économique qui assure l'étanchéité totale du barrage, qui permet le stockage de l'eau dans les
conditions de service du projet particulier et éviter le problème de pressions. Les déférents types
d’organes d'étanchéité seront étudiés dans le chapitre suivant.
Chapitre 2
Etanchéité des barrages en remblai
2.1 Etanchéité du massif2.2 Choix du système d’étanchéité2.3 Différent types d’organes d’étanchéité
2.3.1 Noyaux 2.3.1.1 Noyau argileux compacté 2.3.1.2 Noyau bitumineux 2.3.2 Masque amont 2.3.2.1 Masque en béton de ciment 2.3.2.2 Masque en acier 2.3.2.3 Masque en terre 2.3.2.4 Masque en béton bitumineux Conclusion
2.1 Etanchéité du massif
Le problème de l'étanchéité du massif se pose chaque fois que le calcul des infiltrations
en superstructure indique des pertes inadmissibles. Ces pertes peuvent soit entraîner la ruine de
l'ouvrage par formation de renard, soit encore, sans nuire à sa sécurité, être gênantes pour
l'exploitation du barrage, et malgré l’optimisation des débits de fuite, le problème des pressions
hydrostatiques interne reste un problème majeur, un organes d’étanchéité donc est indispensable.
2.2 Choix du système d’étanchéitéQuand le projeteur a fait choix pour un site donné d’un ouvrage du type digue en remblai,
c’est en ayant constamment présents à l’esprit les problèmes qu’allaient poser les organes
assurant l’étanchéité du massif. Les moyens qu’offre la technique moderne pour se prémunir
contre toute infiltration à travers le massif sont nombreux et lorsque nous examinons bien le
problème nous s’apercevons qu’il existe toujours au moins une bonne solution qui assure
l’étanchéité du massif.
Les organes d’étanchéité peuvent être classés selon :
ü La position : amont ou central ;
ü La rigidité : souples ou semi-rigides.
Le masque amont présente un avantage au point de vue constructif, c’est qu’il peut être
réalisé indépendamment du massif. Ceci est important, car le massif doit être mis en place avec
de gros moyens, pour être économique, alors que le masque est un organe relativement délicat,
lent à mettre en œuvre. De plus, étant mis en place avec du retard par rapport au massif, une
partie du tassement de ce dernier est déjà faite.
Le masque central est à l’abri des intempéries et des variations de température, avantage
largement compensé s’il n’est pas en terre par l’impossibilité quasi-totale de réparations
ultérieures. De plus, le chantier de déversement d’enrochement est dédoublé, l’amont et l’aval,
les deux chantiers ne pouvant progresser que parallèlement à quelques mètres près, car le masque
central ne peut supporter latéralement des charges importantes. Actuellement, le masque central
est toujours en terre, les autres matériaux possibles étant abandonnés du fait de leur rigidité.
Le choix est fait en fonction des conditions économiques de la région.
2.3 Différents types d’organes d’étanchéitéLes techniques les plus couramment mises en œuvre sont : les noyaux en matériaux
argileux compactés, en béton bitumineux et les masques amont en béton de ciment ou
bitumineux. Il existe néanmoins d'autres techniques telles que : paroi moulée, chapes et les
membranes souples.
2.3.1 NoyauxLe type de noyau recommandé est en argile compacté ou en béton bitumineux.
2.3.1.1 Noyau argileux compactéLe noyau en matériau argileux compacté, disposé verticalement au centre du barrage ou
en position inclinée à l'amont de celui-ci, son épaisseur est de l'ordre de 1/6 de la hauteur de
l'ouvrage.
Vers le sommet le noyau doit être monté au dessus des plus hautes eaux et pratiquement,
compte tenu des remontées capillaires, jusqu'à la tête du barrage. Il doit être protégé de la
dessiccation à sa partie supérieure pour éviter toute fissure de retrait qui risquerait de se révéler
catastrophique. Cette protection peut être assurée par une couche de sable ou de préférence, en
traitant le sommet du barrage en chemin avec une chaussée en enrobé bitumineux. Latéralement,
nous disposons de part et d'autre du noyau un drain filtre, vers l'aval pour recueillir les eaux de
percolation, vers l'amont pour absorber les eaux de ressuyage après vidange. Vers le bas, il
fait assurer la continuité de l'étanchéité en raccordant celle-ci à la fondation imperméable ou au
dispositif d'étanchéité des fondations.
2.3.1.2 Noyau bitumineuxL'étanchement des barrages en remblai au moyen de noyaux bitumineux a pris une très
grande importance dans le monde entier et dans toutes les zones climatiques; cet élément
d'étanchéité (mieux que la plus part des autres) satisfait, en effet, aux exigences de sécurité les
plus strictes grâce à sa déformation, sa bonne résistance à l'érosion et au vieillissement, et surtout
grâce au mode de construction sans joints.
2.3.2 Masque amontLe masque qui constitue l’organe d’étanchéité amont est classiquement réalisé en béton
de ciment, en acier, en terre ou en béton avec des produits bitumineux .La présence du masque en
parement amont présente le double avantage de permettre des réparations en cas de dégradation
du masque, mais aussi d'autoriser des vidanges de retenue très rapides.
De nombreux barrages à masque sont réalisés en enrochements. La qualité du compactage
lors de la mise en oeuvre du matériau a une grande influence sur les déformations et tassements
ultérieurs.
Figure 2.1 : Coupe d'un barrage à masque amont
Pour améliorer la sécurité du barrage, il n'est pas rare de trouver dans les barrages à
masque d'autres matériaux fonctionnels :
ü Un matériau de réglage ou de transition servant de support à l'étanchéité mince et la
mettant à l'abri de tout poinçonnement par des éléments grossiers du massif support ;
ü Une cheminée drainante, un tapis drainant ou les deux pour évacuer les infiltrations
éventuelles à travers le masque ;
ü Des matériaux de protection soit du parement aval (terre végétale engazonnée,
enrochements, maçonnerie de pierre sèches, ...) soit du masque d'étanchéité comme des
dalles de protection ou des pavés autobloquants mettant l'étanchéité mince à l'abri des
agressions extérieures telles que la glace, les projectiles ou les chutes de blocs. [39-42]
2.3.2.1 Masque en béton de cimentLa dalle doit posséder des joints de construction, du fait du retrait, que l'on munit de
lames d'étanchéité. Ces joints sont respectivement parallèles et perpendiculaires aux lignes de
plus grande pente du talus, ces dernières étant nécessaires pour diminuer l'importance des efforts
de flexion.
2.3.2.2 Masque en acierEn raison de la grande déformabilité alliée à une résistance élevée et une étanchéité
parfaite de l'acier, celui-ci constitue un matériau techniquement à peu prés parfait pour un
masque amont. L'inconvénient en est généralement une question de coût.
2.3.2.3 Masque en terreAu moyen de terre argileuse compactée, nous pouvons réaliser une étanchéité
convenable, avec des épaisseurs qui sont des caractéristiques de perméabilité du matériau dont on
dispose.
2.3.2.4 Masques en béton bitumineuxC'est à priori le produit idéal en raison de sa remarquable étanchéité et de sa résistance à
la flexion. Si certaines fissures se produisent, elles se colmatent d'elles mêmes peu à peu sous
l'effet de la pression de l'eau, par déformation plastique. Grosso modo, un béton bitumineux
réagit de façon plastique aux déformations lentes, de façon élastique aux déformations rapides, or
le tassement s'effectue en général de façon lente. Egalement, il n'y a pas de problème de joint, les
différentes couches de béton bitumineux se soudent littéralement à chaud.
ConclusionDu moment que l’étanchéité du barrage de Bouhanifia est assurée par le masque en béton
bitumineux, dans le chapitre suivant nous allons étudier leurs : définition, évolution et
application.
Chapitre 3
Etanchéité par le masque en bétonbitumineux
3.1 Historique
3.2 Type d'application bitumineuse
3.3 Domaine d'application hydraulique
3.4 Définitions
3.4.1 Le Bitume
3.4.2 Le Béton Bitumineux
3.4.3 Les enrobés bitumineux à chaud
3.5 Conditions de constitution des bétons bitumineux
3.6 Evolution des masques en béton bitumineux
3.7 L'expérience Française des masques en béton bitumineux
3.8 L'expérience Algérienne
3.8.1 Barrage Ghrib
3.8.2 Barrage Bouhanifia
3.8.3 Barrage Oued Sarno
3.8.4 Barrages Ighil Emda
Conclusion
3.1 HistoriqueDepuis longtemps, le bitume est imposé comme matériau de base dans la construction
des routes et des bâtiments. Ce n’est qu’au cours des vingt dernières années que son utilisation
s’est étendu aux travaux hydrauliques et c’est seulement maintenant qu’il est reconnu comme un
matériau de base, comme il est déjà depuis longtemps pour les routes et les bâtiments.
Les premières applications hydrauliques du bitume sont surtout le domaine des
revêtements étanches, mais il apparu bientôt que le bitume possédait des qualités qui le rendaient
intéressant pour d’autres types d’emplois tel que : les bassins, les réservoirs, les barrages et les
canaux.
L’un des plus intéressants de ces vestiges des anciens temps est l’endiguement à assuré
sur le tigre par le roi Adad Nirarit, il y a plus de trois mille ans. [1]
3.2 Type d'application bitumineuseLe bitume est appliqué dans les travaux comme :
· Revêtement superficiel :
§ Enduit de scellement ;
§ Enduit d’apprêt ;
§ Enduit d’accrochage ;
· Traitement du sol ;
· Revêtement et cuvelage.
3.3 Domaine d'application hydrauliqueCes dernières années, les déférents types de travaux hydrauliques à base de bitume ont été
de plus en plus utilisées dans le monde. On citant :
§ Protection des cotes ;
§ Digues et berges des rivières ;
§ Canaux de navigation ;
§ Réservoirs et barrages ;
§ Canaux d’irrigation et de drainage ;
§ Jetées, brise-lames, épis et travaux portuaires ;
§ Injections de bitume chaud.
3.4 Définitions
3.4.1 Le BitumeLe bitume est un produit solide ou semi solide obtenu par la distillation d’un pétrole à
base asphaltique, il devient un liquide visqueux quand on le chauffe. Des variations dans le
processus de raffinage changent la qualité du bitume obtenu. [1]
Il y a plusieurs types de bitume on citant :
· Bitume de distillation directe.
· Bitume soufflé.
· Bitume fluxé ou cut-back.
3.4.2 Le Béton BitumineuxUn des types de matériaux enrobés à chaud consiste en un mélange dense de gravillons,
du sable, de filler et de bitume. On peut trouver plusieurs types de bétons bitumineux (BB) :
§ Les BB classiques ayant une épaisseur compris antre 6 et 10 cm.
§ Les BBM dits bétons bitumineux minces dont l’épaisseur varient entre 3 et 5 cm.
§ Les BBTM dits béton bitumineux très minces qui varient entre 2 et 3 cm.
§ Les BBUM dits béton bitumineux ultras minces qui ont un épaisseur inférieur à 2 cm.
§
3.4.3 Les enrobés bitumineux a chaudSeront constitués par des agrégats composés des gros éléments, des agrégats fins, de filler
minéral et de bitume, ce mélange doit être conforme à la composition et à l’analyse
granulométrique .
3.5 Conditions de constitution des bétons bitumineuxD’une manière générale, les règles données pour les bétons bitumineux étanches destinés
aux revêtements des canaux sont applicables également pour les masques amont des barrages [9],
il y a lieu cependant de tenir compte des conditions particulières aux barrages dont les principales
sont :
1. La mise en œuvre par bandes transversales et sur grandes longueurs de rampant provoque :
§ Des difficultés pour respecter les critères de cylindrage (température et nombre
de passage).
§ Une multiplicité des joints entre bandes.
§ Des zones inaccessibles à la machine de répandage et devant être traitées
à la main.
2. Les tassements éventuels du corps du barrage exigeant un masque d’étanchéité ayant une
bonne aptitude à la déformation sans fissuration.
3. Grande sécurité de l’étanchéité sans risque de fluage en tenant compte des conditions
particulières d’exploitation.
Les formules de béton bitumineux pour les masques de barrage doivent donc offrir le
maximum de garanties sur ces points particulières. Les fourchettes de fabrication, de température
et de compactage à la mise en œuvre seront les plus larges possibles tout en garantissant
l’étanchéité sans que les risques de fluage sur pente soient sensiblement augmentés.
La formulation en laboratoire s’inspire aujourd’hui des directives suivantes : [9]
§ 85 à 90 % de matière concassés : gravillon de dimension 4/12 ou 8/15 mm et
sable de concassage de préférence d’origine calcaire ;
§ 10 à 15 % de sable fin roulé : son rôle est d’améliorer la maniabilité et de
corriger la courbe granulométrique du concassé généralement pauvre en
élément 0.1/0.5 mm ;
§ La teneur totale en filler est de 13 à 15 %, le filler d’appoint doit être
sélectionné : origine calcaire.
§ Utilisation de bitume au dosage de 8 à 9 parties en poids pour 100 parties
d’agrégats.
3.6 Evolution des masques en béton bitumineux Les premiers exemples (jusqu'à environ 1950) sont fortement inspirés par la construction
des routes. Les masques de quelques un des barrages les plus anciens comprennent une
structure composite dans laquelle la partie traitée avec le bitume, utilisée soit en pénétration
dans des couches graveleuses, soit en véritable béton bitumineux préparé à chaud, assure la
fonction de l'étanchéité, le drainage et la protection étant réalisés par des couches de béton de
ciment de diverses caractéristiques. Le béton bitumineux était généralement placé à la main
sur des pentes excédant 1:1 et moyennant l'utilisation des moyens nécessaires pour maintenir
le mélange en place.
Par suite, les pentes ont été réduites (max 1:1,5 ; 1:1,7) et les méthodes de mise en place
et de compactage ont été améliorées ; le masque consiste en une série de couches de béton
bitumineux qui assurent les diverses fonctions nécessaires ; elles reposent sur un support
généralement non traité au bitume consistant en un filtre en agrégats pour les barrages en
terre ou en enrochement de petites dimensions (8 à 15 cm) et sur une simple couche
d'égalisation pour les barrages en enrochement. Ces revêtements peuvent se classer en deux
familles distinctes : [20]
Type A
Le revêtement consiste en une structure en "Sandwich" comprenant une couche de béton
bitumineux drainante comprise entre deux couches de béton bitumineux dense. Le revêtement
externe est généralement fait en deux couches. Cette structure en "Sandwich" est superposée à un
drainage en béton bitumineux ouvert ou à une couche de liaison suivant le cas. Les raisons de
ces dispositions, utilisées pour la première fois en 1952 (Genkel. Allemagne) sont la collecte et la
mesure des infiltrations. Voir (Figure 3.1)
Type B
Un drainage en béton bitumineux ouvert et une couche de liaison supporte généralement
deux couches de béton bitumineux dense imperméable dont les joints sont alternés. L'ensemble
repose sur une couche de réglage du parement amont Voir (Figure 3.1),
Montgomery (Etats-Unis, 1957) a conçu le premier exemple du type B.
A : Masque bicouche, BN : Couche support (de liaison)
B : Masque monocouche, E : Remblai,
I : Couche imperméable, S : Couche de fermeture.
DR : Drainante,
Figure 3.1 : Types de masque en béton bitumineux
3.7 L'expérience Française des masques en béton bitumineuxLes revêtements bitumineux ont fait l’objet d’un développement important en France au
cours des quinze dernières années, particulièrement dans le domaine des revêtements de canaux.
La réalisation des barrages et bassins permet aussi de dégager une doctrine en matière de
masques imperméables.
Depuis la construction du barrage du Ghrib en 1936, la technique des masques
d’étanchéité bitumineux a fait un grand progrès en France. Les caractéristiques mécaniques des
bétons bitumineux sont maintenant mieux connues et les matériels de fabrication et de mise en
BN
DR
I
I
S
E
Type A
BN
I
S
E
Type B
œuvre permettent un travail précis avec un rendement acceptable. Des autres progrès doivent être
apportés car la réalisation du masque bitumineux demande beaucoup de soins, de contrôles et une
spécialisation poussée des entreprises exécutant le travail. C’est pour quoi les recherches
continuent en France dans le but d’élargir au maximum les fourchettes de fabrication et de
difficultés à la mise en œuvre, dont les principales sont les contraintes de température au
compactage et le problème du fluage sur pente. [9]
3.8 L'expérience AlgérienneL’Algérie possède une expérience ancienne des masques d’étanchéité amont en béton
bitumineux, des ouvrages de ce type ont notamment été réalisés au barrage Ghrib (1926 – 1938),
au barrage de Bouhanifia (1930 – 1941) et au barrage de Sarno (1947 – 1954). [6]
3.8.1 Barrage GhribLe barrage de Ghrib est construit entre 1926 et 1938 par un digue en enrochement, c’est
été des premiers barrages en enrochement réalisé avec un masque amont en béton bitumineux
cette solution est adopté après des ruptures qui avait affectés plusieurs masques en béton à cause
de la déformation du massif
Le masque de barrage Ghrib est composé de :
§ Un support.
§ Une couche drainante de 8 cm d’épaisseur en béton poreux de ciment.
§ Deux couches étanches en béton bitumineux de 6 cm d’épaisseur chacune.
§ Un avant masque qui assure la protection thermique du béton bitumineux formé de
dalles en béton poreux de 10 cm d’épaisseur, solidarisées par un grillage métallique
suspendu au couronnement du barrage.
Le masque réalisé s’est comporté de façon satisfaisante jusqu’en 1953 date depuis la
quelles des désordres se sont produits à plusieurs reprises.
3.8.2 Barrage BouhanifiaLe barrage de Bouhanifia a été construit de 1930 à 1941 par une digue en
enrochement arrimé à talus raides, un masque bitumineux protégé par un avant masque
en béton armé, assure l’étanchéité. Les détails de barrage et de masque sont donnés au
chapitre 4.
3.8.3 Barrage Oued SarnoLe barrage du Sarno est construit entre 1947 et 1954 sur l'Oued du même nom, affluant de
la Mekerra qui prend sa source dans les montagnes de Daia et se termine dans les marais de la
Macta. Le barrage du Sarno réalisé pour augmenter les ressources en eau du périmètre de SIG, la
nature du terrain impose le choix d’une digue souple en terre homogène de 28 m d’hauteur.
L’étanchéité du barrage est assurée par un masque amont en béton bitumineux constitue de :
§ Un support.
§ Une couche drainante de 8 cm d’épaisseur en béton poreux de ciment.
§ Deux couches étanches en béton bitumineux de 6 cm d’épaisseur chacune.
Depuis son achèvement, le masque du Sarno donne entièrement satisfaction puisque à
retenue pleine les fuites sont négligeables.
3.8.4 Barrages Ighil EmdaLe barrage de l'Ighil Emda est construit au confluent de deux oueds, l'Oued Berd et
l'Oued Embarek qui forment l'Oued Agrioun à 2 km au sud de Kherrata, à 18 km de la cote du
golfe de Bougie. C'est un barrage fixe créant une retenue de 160.106 m3 destiné à produire de
l'énergie électrique.
Conclusion
Le comportement des masques en béton bitumineux des barrages algériens au cours de
leurs vies est généralement satisfaisant, à l’exception des problèmes présentés dans la couche de
protection qui nécessite chaque fois l’entretien ou la rénovation complète, ce qui revient
négativement sur l’économie.
Dans le chapitre suivant on va étudier le comportement du masque de Bouhanifia en
absence de la protection thermique.
Chapitre 4
Etude du masque de Bouhanifia
4.1 Généralités sur le barrage4.2 Le masque étanche 4.2.1 Structure du masque étanche 4.2.2 Comportement du masque étanche4.3 Etude de comportement du masque en absence de la protection thermique 4.3.1 Matériaux 4.3.2 Caractéristiques des matériaux utilisés (granulats, filler et bitume) 4.3.2.1 Gros agrégats 4.3.2.2 Agrégats Fins 4.3.2.3 Filler 4.3.3 Méthode expérimentale 4.3.3.1 Analyse granulométriques 4.3.3.2 Détermination Des Caractéristiques Des Agrégats a- L’équivalente de sable (Es) b- Masse volumique absolu (ρs) 4.3.3.3 Détermination des caractéristiques du bitume 4.3.3.4 Préparation du mélange et confection des éprouvettes 4.3.3.5 Détermination des propriétés des mélanges bitumineux « éprouvette »Conclusion
4.1 Généralités sur le barrageL’étude du masque et de son comportement nécessite une description préalable de
l’ouvrage dont il assure l’étanchement.
Le barrage de Bou-Hanifia est construit sur l’oued El Hammam qui prend sa source dans
les montagnes de Daïa et se termine dans les marais de la macta.
Les eaux régularisées sont utilisées dans la région de Perrégaux, irriguée jusqu’en 1927
par le barrage du Fergoug, qui fut pratiquement détruit à cette date par une crue exceptionnelle de
5.000 m3/s. C’est pour remplacer ce réservoir que la construction du barrage de Bou-Hanifia a
été décidée quelques années plus tard.
Le bassin versant du barrage a une superficie de 7.850 km2 et le débit annuel moyen de
l’oued atteint 110 millions de m3.
Au site du barrage le substratum général est constitué par des marnes gris verdâtre
homogènes compactes et étanches de plusieurs centaines de mètres d’épaisseur qui appartiennent
aux miocènes moyens.
Au droit de l’ouvrage ces marnes sont recouvertes sans lacune stratigraphique par un
complexe grèso _marneux d’age Pontien (miocène supérieur) dont la puissance dépasse 150m.
C’est une formation très hétérogène ou l’on trouve toute une gamme de roches allant des
poudingues grossiers jusqu ‘aux dépôts colloïdaux d’argile pure. Les couches sont très
enchevêtrées et affectées de nombreux accidents tectoniques.
La compressibilité des terrains de fondation devait faire exclure tout type de barrage
rigide et laissait seulement le choix entre un ouvrage en terre et un ouvrage en enrochements ce
dernier a été retenu pour des raisons de sécurité et aussi qu était plus facile de trouver aux
environs du site des matériaux pierreux que des terres aptes au compactage. [11-30-37]
Les principales caractéristiques du barrage sont données ci-après :
§ Longueur en crête… ……………………....464 m.
§ Hauteur au –dessus du thalweg………….....54 m.
§ Largeur du couronnement ............................5 m.
§ Fruit du talus amont variable de …………...0 ,08/1 à 1/1
§ Fruit du talus aval…………………..………1,25/1
§ Largeur du massif à la base …………..…....137 m.
§ Cube d’enrochements ………………...…….765.000 m3
§ Capacité de la cuvette ……………...…….....72.106 m3
Murette
Pente 74%
Filtre
Dallage
5.00NNR 295.00 M
COTE 300 M
F: 0.80/1
280.50 M
F: 0.35/1 262.50 M
F: 1/1
Hau
teur
moy
enne
54
m
PENTE 3/4
5.00
Enrochementsoigneusement rangés
Enrochement de gros blocs arrimés
couche de maçonnée
246.40 M
Risberme à la cote 248.00
Axe
de
la ro
ute
FiltreDrain bonna
Chambre de colaturedes eaux de drainage
Assis lègèrement relevée pour diminuer les redan
Masque étanche
de gravillon perméableMaçonnerie hourdée au béton
Maçonnerie
3.50
Largeur moyenne 125 m
Oliocène
Figure 4.1 : Profil type du barrage de Bouhnifia
L’ouvrage évacuateur de crues qui est particulièrement important puisqu ‘il est calculé pour un
débit de 5.500 m3/s, est complètement indépendant du barrage dont il est éloigné de 1.500 m,
environ.
Le massif d’enrochements repose sur le complexe du « Pontien », par l’intermédiaire d’un
filtre constitué de cinq couches dont la granulométrie s’étend de 0,1 mm à 60 mm (sable de
dune à pierre cassée). A l’amont du massif, des murs parafouilles en béton ont été fondés à
grande profondeur sur le soubassement marneux imperméable.
Le pied du massif d’enrochements est séparé des murs parafouilles par un intervalle de
quelques décimètres obturé par une clavette mobile en béton armé, dispositif qui devait permettre
les libres mouvements du barrage au cours des mises en eau ou vidanges mais qui compliquait
sérieusement le problème du raccordement du masque avec les béton d’assise. [11-37]
La digue constitue une véritable maçonnerie cyclopèenne a ’pierre sèche. Les blocs de
grès et conglomérats, qui pèsent de 2 à 7 tonnes et parfois plus, ont été soigneusement posés à la
grue ,si bien que le pourcentage de vides résiduel ne dépasse pas 26.75 % sur la face amont et sur
3m d’épaisseur moyenne, les derniers blocs sont choisis et disposés en gradins de façon à obtenir
une augmentation de compacité, puis sont recouverts d’une maçonnerie de 0,40m, hourdés au
béton de gravillon fin.
Les tassements de la fondation ont été suivis au moyen de deux puits ménagés à
l’intérieur du massif d’enrochements et qui permettent d’accéder au niveau du terrain situe sous
le filtre.
Les mesures effectuées depuis la mise en eau accusaient un tassement de 0,12 m en 1946
(après 5 remplissages) et de 0,15 m En 1957. Les déformations du massif dans le sens vertical et
le sens horizontal sont observés au moyen de repères fixés sur le parement aval suivant des bases
distantes de 5m. Ces déformations sont très variables d’un point à un autre et atteignent
localement un maximum de 1.50 m. [11-37]
4.2 Le masque étancheLa nature éminemment compressible des terrains de fondation devant faire craindre des
tassements relativement importants, générateurs de déformations du parement amont ,c’est la
formule du masque souple en béton à liant plastique qui a été retenue. Cette formule avait
d’ailleurs donné d’ excellents résultats au barrage du Ghrib ou la construction du masque venait
d’être menée à bien dans des conditions particulièrement difficiles ,en raison des fortes
inclinaisons du talus amont.
4.2.1 Structure du masque étanche
paneaux de l'avant masque de protection en bèton armé
Papier interposé pour éviter le contacte entre l'avant masque et la couche étanche
0.4 m
0.12 à 0.20 m
0.6 m
0.6 m
0.12 m
pane
au
1ere couche étanche en bèton bitumineux
2 eme couche étanche en bèton bitumineux
Enrochement
Ferraillage
Peinture en bitume disolu au lessence
Enduit en mortier
Enduit en bitume fluxé à l'essence
Bèton poreuxde la couche drainante
Figure 4.2 : Coupe du masque étanche
a) Le parement amont est constitué par des blocs choisis et rangés de façon à former des gradins,
ceux-ci sont recouverts d’une maçonnerie de 0.40 m d’épaisseur qui régularise la surface du
parement Les têtes des moellons sont complètement enrobées dans un béton de ciment poreux
drainant qui présente une surface plane sur laquelle repose le masque étanche, cette couche a les
buts suivants :
§ Régulariser la surface du parement amont faite d’une maçonnerie de gros
éléments ;
§ Assurer le drainage derrière l’écran d’étanchéité, afin d’éliminer le risque de
sous–pression en cas de vidange rapide de la retenu, tout en permettent de jauger
les fuites qui pourraient se produire par perméabilité ou fissuration du masque.
La couche de béton poreux est divisée en panneaux séparés par des joins horizontaux
garnis d’un mélange de bitume et de liège qui a des propriétés à la fois élastiques et plastiques est
peinte au moyen d’une dissolution de bitume dans de l’essence, pour favoriser l’adhérence du
béton bitumineux, Leur épaisseur est varie pratiquement de 0,12 m à 0,20 m suivant les
irrégulièreté de la maçonnerie.
b) Une première couche étanche de 0,06 m d’épaisseur, en béton bitumineux. Cette couche est
armée d’un grillage métallique simple torsion qui est accroché à un chevêtre en béton armé
encastré dans les tranches supérieures du massif. Ce grillage était mis en tension avant rèpandage
du béton bitumineux.
c) Une deuxième couche étanche de 0,06 m d’épaisseur, en béton bitumineux identique à la
première mais ne comportant pas d’armatures.
La liaison des deux couches bitumineuses est assurée par un enduit de bitume fluxé à
l’essence.
C’est pour permettre un meilleur compactage du béton bitumineux que le masque a été
réalisé en deux couches distinctes liées l’une à l’autre de façon aussi intime que possible
d) Une couche de protection (avant masque de protection) contre les efforts mécaniques et les
effets thermiques est constituée de trente-sept panneaux indépendants séparés par des joints nus
suivant les lignes de plus grandes pentes. La largeur des panneaux est de 11 m dans le profil
courant l’avant masque est formée en béton de 0,12 m d’épaisseur, armé de deux nappes de fils
parallèles continus, de diamètre 8 mm, espacés de 15 cm, dressés et soudés sur place, descendant
de haut en bas du parement. Des fils horizontaux de diamètre 5 mm, espacés de 15 cm,
forment un quadrillage avec chacune des nappes. [11-37]
4.2.2 Comportement du masque étanche
Des les premières mise en eau de la retenue, la majorité des panneaux les plus longs de
l’avant masque était fissurés horizontalement. Après vingt ans d’exploitation en 1964, ces
panneaux présentaient au moins une fissure horizontale ouverte sur toute l’épaisseur du dalle
certains des panneaux étaient coupés horizontalement, la partie inférieure ayant glissé de 10 cm
en moyenne et jusqu’à 25 cm. Au niveau des ruptures, la plus part des armatures de l’avant
masque étaient cassées ou fortement corrodées. après 6 ans en 1970, le panneaux n°14 s’est
rompu horizontalement à la cote 283m avec un déplacement de 25cm de la partie inférieure vers
le pied du barrage lorsque cette partie du masque ne comportait aucune fissuration apparente.
Deux fils de fers de liaison de Ø 5mm est très corrodés, ils sont visibles dans la cassure, et les
fers longitudinaux de Ø 8mm, présentaient en grande majorité une importante corrosion. L’état
de corrosion des facettes de rupture montre la répartition inégale des contraintes de traction avait
entraîne des cassures successives au cours du temps. [6]
Photo 4.1 : Fissuration des panneaux n°26, 27 et 28 de l’avant masque
Photo 4.2 : Cassure supérieur du panneau n°29 de l’avant masque au niveau de l’ancrage
Photo 4.3 : Détail de la cassure du panneau n°29 de l’avant masque au niveau de l’ancrage
En décembre 1970 ont constaté la présence d’eau entre le béton bitumineux du masque et
le béton de l’avant masque, la partie du masque dévoilée par le déplacement de l’avant masque
paraissait bonne (surface lisse liant ductile) il en est de même des autres partie observable au
niveau des cassure des autres panneaux. [6]
La cassure du panneau n°14 a été bouchée au mortier de ciment et les deux partie, inférieure et
supérieur, ont été « épinglées » au moyen d’armature extérieur, de 10 mm de diamètre espacés de
15 cm. Ont craignait que l’écroulement définitif de la partie inférieure de ce panneau ne vienne
déchirer le masque bitumineux.
De plus la mise en eau il est remarquable que le débit de fuite du masque n’ait pas évolué
et qu’il soit reste faible environ 1l/s à retenue pleine dont une partie provient du masque et le mur
de pied.
Une reconnaissance complète effectuée en 1972 et 1973 montres la nécessité de refaire
l’avant masque de protection. [6]
4.3 Etude de comportement du masque en absence de la protection
Thermique
4.3.1 MatériauxL’étude de la composition d’un masque en béton bitumineux [1] consiste à choisir parmi
les matériaux économiquement disponibles : des agrégats à gros éléments et éléments fins, un
filler, ainsi q’une quantité de bitume pour constituer après compactage un matériau stable et
imperméable. Pour ce faire, il faut déterminer une composition granulométrique correcte des
matériaux, de façon à réduire au minimum le pourcentage des vides dans le mélange compacté à
sec; les vides doivent être remplis de bitume pour réaliser dans les limites imposées par des
considérations pratiques, un poids spécifiques aussi élevé que possible.
Pour la détermination de la composition granulométrique, du poids spécifique vrai, du
poids spécifique apparent, du pourcentage des vides des divers matériaux compactés séparément,
du mélange de ces matériaux compactés ensemble à sec, et de l’échantillon confectionné en
laboratoire, nous adopterons les méthodes ci-après mentionnés, et les essais décrits aux
paragraphes suivants.
Il convient de procéder de même en laboratoire, conformément à ces méthodes par des
essais préliminaire du mélange qui sera finalement adopté, pour déterminer sa perméabilité et sa
résistance au fluage sur talus.
4.3.2 Caractéristiques des matériaux utilisés (granulats, filler et bitume)
Tableau 4.1 : Caractéristiques du béton bitumineux du barrage de Bouhanifia
Diamètre des grains(mm)
Pourcentage( %)
Gravlette
18/25 20.54
12/18 14.655/12 19.962.5/5 6.75
Sable0.63/2.5 10.17
0.28/0.63 13.900.1/0.28 4.28
Filler Plus petit que 0.1 9.75
Bitume Pénétration 40/50 8 % du poids de matériaux sec
4.3.2.1 Gros agrégatsNous désignons par gros agrégats [1] tous les agrégats retenus au tamis n° 10. Ces
agrégats sont constitués par des gravillons roulés, des pierre ou un laitier concassé, non
susceptible de se briser lors du compactage. Ces agrégats ne doivent pas être atterrés par l’action
des intempéries, être non gélifs, propre et exempts de poussières en quantité excessive, de qualité
homogène et ne doivent pas comporter plus de 5 % d’élément plats, Ils doivent posséder une
bonne affinité pour le bitume. [1 - 34]
4.3.2.2 Agrégats FinsNous désignons par agrégats fins [1] tous les agrégats passant au tamis n°10 et retenus
au tamis n° 200. Ces agrégats sont constitués par des sable naturel ou de concassage ou par
mélange de ces deux matériaux. Ces agrégats à éléments fins doivent être propre et ne pas
contenir plus de 3 % d’argile, de limon, ou autre corps étrangers. [1 - 34]
Photo 4.4 : Gros agrégat
Photo 4.5: Agrégats fins
4.3.2.3 FillerNous désignons par filler [1] tous matériaux passant au tamis n°200 et constitués par
des grains fins calcaires secs, par du ciment, ou par tout autre matériaux fin et inerte ; les filler
doivent être exempts de grumeaux. Nous pouvons admettre les fillers d’apport des fines qui
passent en totalité au tamis n°80 dont 65 % au moins passent au tamis n° 200. [1 - 34]
4.3.3 Méthode expérimentale
4.3.3.1 Analyse granulométriques
§ But de l’essaiL’analyse granulométrique permet de déterminer la grosseur et les pourcentages
pondéraux respectifs des différentes familles de grains constituant l’échantillon. Elle s’applique à
tous les granulats de dimension nominale inférieure ou égale à 60 mm, à l’exclusion des fillers.
[2]
L’analyse granulométrique est l’essai le plus largement utilisé, on l’emploi pour l’étude
des sols des béton hydraulique, des enrobés, des produits chimiques, des charbons, etc.….
§ Principe de l’essaiL’essai consiste à classer les différents grains constituant l’échantillon en utilisant une
série de tamis. Emboîtés les uns sur les autres, dont les dimensions des ouvertures sont
décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en partie supérieur des tamis et le
classement des grains s’obtient par vibration de la colonne de tamis. [2]
On appelle Tamisat: le poids de matériau passant à travers un tamis ;
On appelle Refus: le poids de matériau retenu par ce même tamis.
Photo 4.6: Filler
§ Appareillage§ Séries de Tamis (selon les normes de l’association française de normalisation
AFNOR X-11-501,504). [2]
§ Tamiseuse électrique.
§ Etuve.
§ Balance.
Photo 4.7: Série Des Tamis Photo 4.8: Tamiseuse électrique
Photo 4.9: Balance Photo 4.10: Etuve
§ ÉchantillonnageL’échantillon doit représenter le plus fidèlement possible la composition moyenne du
matériau à essayer.
Le poids de l’échantillon à analysé dépend des dimensions et du pourcentage des
éléments les plus gros qu’il contient.
Remarque : La composition granulométrique reportée dans le diagramme doit correspondre
aussi étroitement que possible au fuseau granulométrique recommandé spécifié pour le matériau
voir (Figure 4.3). [1-34]
0
20
40
60
80
100
120
0,07 0,08 0,2 0,5 0,63 1,25 2 5 8 10 12,5 16 20 25 30Diamètre des tamis (mm)
Tam
isat
(%)
Fuseau recommandé
§ Exécution de l’essai§ Le matériau préalablement échantillonné, est séché dans une étuve à 105 C° pendant 24 h.
§ L’échantillon à analyser est versé sur le tamis supérieur de la colonne fixée sur le tamiseuse
électrique, le dernier tamis est surmontant un fond étanche afin de récupérer les élément
fins, un couvercle est également disposé en haut de la colonne afin d’interdire toute perte
de matériau pendant le tamisage.
§ On fait vibrer par le tamiseuse électrique pendant 15 à 20 min, après on reprendre une à
une les différents tamis et on fait peser les différents refus.
Figure 4.3: Fuseau granulométrique recommandé
Photo 4.11 : Tamisage électrique
Les résultats de l’analyse granulométriques sont présentés au tableau suivant :
Tableau 4.2 : Analyse granulométrique de l’échantillon
Diamètre(mm)
Retenus partiels(g)
Retenus partiels(%)
Retenus cumulés(%)
Tamisat (%)
25.0 0 0 0 10020.0 60 6 6 9416.0 67 6.7 12.7 87.312.5 97 9.7 22.4 77.610.0 96 9.6 32 688.0 76 7.6 39.6 60.45.0 76 7.6 47.2 52.82.0 88 8.8 56 44
1.25 66 6.6 62.6 37.40.63 86 8.6 71.2 28.80.5 58 5.8 77 230.2 55 5.5 58.5 17.5
0.08 66 6.6 89.1 10.9< 0.08 29 2.9 92 8
Photo 4.12: Échantillons
§ Traçage de la courbeOn porte les divers pourcentages des tamisats sur la feuille de travail, la courbe est tracé
de manière continue et ne passe pas rigoureusement par tous les points.
0
20
40
60
80
100
120
0,07 0,08 0,2 0,5 0,63 1,25 2 5 8 10 12,5 16 20 25 30
Diamètres des tamis (mm)
Tam
isat
s (%
)
Fuseau recommandé
Courbe granulométrique du masqueBounifia
4.3.3.2 Détermination des caractéristiques des agrégatsa) L’équivalente de sable (NF P 18-598)
Cet essai utilisé de manière courante pour évaluer la propriété des sables entrant dans la
composition des bétons, l’essai consiste à séparer les particules fines contenues dans le sol des
éléments sableux plus grossiers. [AFNOR] [2]
Pour la détermination d’équivalente de sable on fait un simple essai consiste a :
1. prendre une masse de sable (Ms).
2. prendre des verres gradués et on remplir par un volume d’eau.
Figure 4.4: Courbe granulométrique de l’échantillon
3. Mettre la quantité des matériaux secs dans les verres gradués et laissés pendant 24 h et on
lire ensuite :
h1 : Sable propre + élément fins.
h2 : Sable propre.
Photo 4.15: Remplissage des verres par l’échantillons du sable
4. on calcule l’équivalente de sable 10012´=
hhES (4.1)
Les résultats sont présentés au tableau suivant :
Photo 4.13: Verres gradués Photo 4.14: Verres gradués remplis d’eau
Tableau 4.3 : Equivalente du sable
Nombre d’échantillons U 1 2 3
Volume 1 h1 m3 300 270 200
Volume 2 h2 m3 250 200 150
Equivalente du sable ES % 83.00 74.00 75.00
Valeur moyenne ES = 77.33 %
b) Masse volumique absolu (ρs)
La masse volumique absolu (ρs) est la masse par unité de volume de la matière qui
constitue le granulat, sans tenir compte des vides pouvant exister dans ou entre les grains.
La masse volumique exprimé en (t/m3), (kg/dm3) ou en (g/cm3) généralement
(2.65 t/m3 ou2.65 g/cm3)[AFNOR]. [2]
Pour la détermination du masse volumique on fait un simple essai consiste a :
1. prendre une masse de mélange gravier et sable (M).
2. prendre un verre gradué et on remplir par un volume d’eau V1.
3. Mettre la quantité des matériaux secs dans le verre et on lire le nouveau volume V2.
4. On calcule la masse volumique12 VV
M-
=r (4.2)
Les résultats sont présentés au tableau suivant :
Tableau 4.4 : Masse volumique
Nombre d’échantillons U 1 2 3
Masse M g 300 300 300
Volume 1 V1 cm3 200 300 400
Volume 2 V2 cm3 310 418 510
Masse volumique ρs g/cm3 2.73 2.54 2.73
Masse volumique moyenne 2.66 g/cm3
4.3.3.3 Détermination des caractéristiques du bitumeLes bitumes doivent être obtenus par raffinage des pétroles. Ils doivent être de
compositions homogènes, exemptes d’eau, et être conforme à certaines spécifications. [19]
Le bitume utilisé est caractérisé par : [1-18-19-34]
§ l’Indice de pénétration :
Permet de classer les bitumes selon leur performance lors d’essais standard de pénétration, il
existe cinq indices de référence de pénétration du bitume sur le marché : (40-50), (60-70),
(80-100), (120-150) et (200-300) : les trois premiers sont utilisés dans la construction des
masques amont des barrages et des revêtements des réservoirs. [1-19]
§ Point de ramollissement « bille et anneau » :
Quand nous élevons sa température, le bitume passe progressivement de l’état solide à l’état
liquide et il n’existe pas pour ces produits le point de fusion franc. Pour obtenir des résultats
comparables, nous avons ainsi été amenés à déterminer un point de ramollissement dans les
conditions arbitraires nettement définies par une méthode normalisée.
Dans la méthode « bille et anneau », une bille d’acier est placée sur un petit disque de bitume
contenu dans un anneau en métal. L’ensemble est chauffé à une vitesse constante (5°C pour
chaque minute). Le point de ramollissement est la température pour laquelle la bille sous son
propre poids, traverse le disque du bitume et vient en contact avec une plaque d’acier située
25 mm plus bas. [1-19]
4.3.3.4 Préparation du mélange et confection des éprouvettes§ Dans un récipient métallique placé sur le plateau d’une balance, nous pesons
successivement les quantités fixées de différents agrégats, en commençant par les plus
gros et à l’exclusion du filler ajouté. Ces quantités prévues de liant, nous chauffons celui-
ci à une température entre 140 °C et 160 °C pendant 30 à 45 minutes de manière à lui
conférer la fluidité excessive à l’enrobage sans qu’il atteigne la température où la
vaporisation des huiles deviendrait excessive (le bitume ne doit émettre de vapeur).
§ Aussitôt retirés de l’étuve, les agrégats sont versés dans le récipient du liant. Nous
ajoutons ensuite le filler, qui n’a pas besoin d’être chauffé, mais qui doit être sec.
§ Nous mélangeons la totalité pendant 30 minutes, le mélange pourra d’être effectué soit :
· A la cuillère (pour faciliter le malaxage et éviter le refroidissement, nous portons
le récipient sur une plaque chauffante).
· Dans un malaxeur convenable, le malaxeur devra être tel que la ségrégation des
matériaux soit réduite au minimum. Pour notre cas on utilise le malaxeur.
Photo 4.17: Malaxage du mélange Photo 4.18: Mélange
Photo 4.16: Malaxeur électrique
§ Nous prélèverons les matériaux destinés au remplissage des moules, de manière à remplir
ceux-ci de la quantité prévue pour éviter les déperditions de chaleur.
§ Nous remplissons les moules nécessaires (cylindriques creux posés sur la plaque de base),
l’intérieur du cylindre creux et la plaque de base sont enduit d’une légère couche d’oléate
de soude glycérine, en tassant chaque fois avec la cuillère ; nous versons ainsi la totalité
de la gâchée. Nous ajustons le cylindre plein et nous portons le tout entre les plateaux de
presse pour le compactage.
§ Le compactage est fait de la manière suivante :
· Nous appliquons progressivement la pression jusqu’à atteindre au bout d’une
minute 120 kg/cm2 sur la base de l’éprouvette cylindrique.
· Les éprouvettes peuvent être comprimées entre deux pistons, nous maintenons
cette pression 5 minutes puis nous relâchons ensuite lentement.
· Les éprouvettes peuvent être aussi comprimées par coups entre (30-50) coups
pour chaque face de l’éprouvette.
Pour notre cas on applique le 3eme cas.
Photo 4.19: Préparation des moules Photo 4.20: Remplissage des moules
§ Nous laissons refroidir le temps suffisant (24h) pour que le démoulage puisse se faire
sans déformation de l’éprouvette. Le démoulage se fait à l’aide de la presse en chassant
l’éprouvette dans le cylindre creux de diamètre un peux plus grand.
§ Nous mesurons au pied à coulisse, au 1/10 mm prés les diamètres et les hauteurs de ces
éprouvettes et nous les pesons à 0.5 g prés. Nous déduisons de ces mesures une valeur de
la densité apparente des éprouvettes ne tenant pas compte de l’effet de paroi.
Photo 4.21: Compactage des éprouvettes pour l’essai de Marshall
Photo 4.23: Refroidissement des éprouvettes
Photo 4.22: Compactage des éprouvettes pour l’essai de compression
4.3.3.5Détermination des propriétés des mélanges bitumineux « éprouvette »Du point de vue pratique, les composés bitumineux sont des matériaux compliqués car
leurs propriétés dépendent des conditions de contraintes et de température. Ils consistent en deux
composants de caractéristiques complètement différentes : l’agrégat minéral qui est surtout
élastique en toutes circonstances; et le bitume, qui se comporte comme un liquide visqueux à
haute température et sous les charge de longue durée, et comme un matériau élastique à faible
température et sous les charges de courte durée. Par conséquent, les structures bitumineuses
présentent des propriétés à la fois plastique et élastique. Il n’est possible de déterminer la limite
entre ces deux conditions, mais ceci n’est pas important car pour les applications hydrauliques,
ce sont surtout les cas extrême qui importent. [1]
Photo 4.24: Démoulage des éprouvettes
En vue de l’étude préalable de recherche de la meilleure composition à adopter pour la
confection d’une gâchée avec des caractéristiques recommandées, On fait des essais sur : [38]
§ La stabilité.
§ Le Fluage.
§ La Densité Apparente.
§ Le Pourcentage des Vides Occupé Par L’air.
§ Le Pourcentage Des Vides Des Agrégats.
§ Le Pourcentage Des Vides Occupé Par Le Bitume.
§ La Densité vraie. [3]
(4.3)
Dm : La densité vraie de l’éprouvette.
Pb : Le pourcentage en poids du bitume.
Db : La densité du bitume.
Pa1,a2,a3….. : Le pourcentage en poids des agrégats.
Da1,a2,a3….. : La densité de l’agrégats 1, 2,3, etc.….
§ Le Pourcentage volumétrique des vides résiduels (ou vide de l’éprouvette). [3]
DmdmDmVm )(100 -
= (4.4)
dm/Dm : est le volume vrai de l’agrégat dans l’éprouvette
§ Le Pourcentage volumétrique des pleins (ou compacité). [3]
(4.5)
§ La densité apparente de l’agrégat dans l’éprouvette (ou densité sèche) dA . [3]
(4.6)
ia
ia
a
a
a
a
b
b
DP
DP
DP
DP
Dm++++
=......
100
2
2
1
1
VmC -= 100
100)1( b
mAPdd -
=
§ Poids spécifique de l’agrégat DA. [3]
DA = Poids de l’agrégat
Volume vrai de l’agrégat
ai
ai
a
a
a
a
a
a
bA
DP
DP
DP
DP
PD
++++
-=
......
)100(
3
3
2
2
1
1 (4.7)
§ Le Pourcentage volumétrique des vides occupés par l’air et par le bitume dans
l’éprouvette (ou vides de l’agrégat) VA. [3]
(4.8)
dA/DA : est le volume vrai de l’agrégat dans l’unité de volume de l’éprouvette
§ Pourcentage des vides comblés par le bitume (Rb). [3]
÷÷ø
öççè
æ -==
A
mA
A
bb V
VVVVR 100 (4.9)
§ Le volume des vides occupés par le bitume. [3]
mAb VVV -= (4.10)
A
AAA D
dDV )(100 -=
Les résultats sont donnes au tableau suivant :
Tableau 4.5 : Caractéristiques des éprouvettes en béton bitumineux
Echantillons U 1 2 3 Valeursrecommandées
Hauteur h cm 6.2 6.3 6.0 /
Pois dans l’air sec P1 g 1181.9 1195.5 1174.4 /
Poids dans l’eau P2 g 685.5 689.7 679.6 /
Poids après essorage dans l’air P3 g 1186.1 1199.8 1178.3 /
Poids d’eau absorbé p3-p1 W g 4.2 4.30 3.9 /
Volume apparent p1-p2-w V cm3 492.2 501.5 490.9 /
Densité = P1/V dm g/cm3 2.4 2.38 2.39 Maximal
Fluage / mm 2.80 2.65 2.70 ≤ 8.0
Stabilité / KN 9.0 8.0 7.0 ≥ 6.0
% des vides de l’air Va % 1.60 2.00 1.66 (1.5-2.3) %
% des vides des agrégats Vma % 21.90 21.55 21.59 > (16-19) %
Interprétation des résultats
§ Stabilité
Pour la stabilité nous observons que les trois valeurs sont supérieures à la valeur
recommandée (6 KN). [9-38]
§ Fluage
Pour le fluage nous observons aussi que les trois valeurs sont inférieures à la
valeur recommandée (8 mm). [9-38]
§ Densité
Pour la densité nous prenons la valeur maximum qui est 2.4 g/cm3. [9-38]
§ Pourcentage des vides occupés par l’air
Le pourcentage des vides occupés par l’air, est la caractéristique la plus importante
d’une gâché en béton bitumineux, parce qu’elle assure la perméabilité et la durabilité du
béton bitumineux, c’est pour ce la que nous donne beaucoup d’importance pour cette
caractéristique,et on essaye de réduire au maximum ce pourcentage.
Pour notre résultat les valeurs trouvées sont dans l’intervalle des valeurs recommandés
(1.5-2.3) %. [9-38]
§ Pourcentage des vides entre les grains
Les valeurs de pourcentage des vides entre les grains doit être supérieur à
(16-19) % et inférieur à 22 % [9-38], Pour notre résultat les valeurs trouvées sont dans
l’intervalle des valeurs recommandés (1.5-2.3) %. [9-38]
Enfin cette étude montre que tout les résultats obtenus sont conformes aux normes
recommandées, mais reste de faire des analyses sur :
§ La Résistance à la Compression ;
§ Le Pourcentage d’imbibition ;
§ Le Pourcentage de Gonflement ;
§ La Stabilite suivant Marshall Apres Immersion de 14 et 28 Jours ;
§ La Perméabilité ;
§ La Stabilité sur talus.
§ La résistance à la compression
On doit déterminer
1- La résistance à la compression à une température de 20°C (R20) qui doit être supérieur à
la valeur recommandée R20 = 30 kg/cm2 [38]
2- La résistance à la compression à une température de 50°C (R50) qui doit être supérieur à
la valeur recommandée R50 = 15 kg/cm2 [38]
3- Le cœfficient de la stabilité calorifique (Kt) où Kt = R20/R50 doit être supérieur à 2.5
valeur recommandée [38]
4- Le cœfficient de souplesse (Ke) où Ke = R0/R20 doit être inférieur à 2.8 valeur
recommandée [38]
5- La résistance à la compression estSPR = (4.11)
Où :
R : La résistance à la compression en kg/cm2
P : la charge maximale en kg
S : la section latérale en cm2
4
2DS p= (4.12)
L’essai de compression a été conduit sur des éprouvettes cylindriques de diamètre 8 cm et de
hauteur de 10 cm.
Après confection des éprouvettes, celles –ci sont immergées dans des bains à des
température de 20°C, 50°C et 0° °C pendant 02 heurs. Les éprouvettes sont retirées des
bains et immédiatement placées entre les plateaux de la presse.
Photo 4.25: La mise des éprouvettes dans des bains marées
Les résultats obtenus sont donnés au tableau suivant :
Tableau 4.6: La résistance à la compression
Echantillon U 4 5 6 Valeursrecommandées
Diamètre D cm 8.0 8.0 8.0 /
Hauteur H cm 10.0 10.0 10.0 /
Poids P g 1002.7 997.0 1002.9 /
Section S cm2 50.24 50.24 50.24
Charge appliqué P kg 6000 4000 1000
Résistance R0 à 0°C R0 Kg/cm2 119.43 / / /
Résistance R20 à 20°C R20 Kg/cm2 / 79.62 / > 30 kg/cm2
Résistance R50 à 50°C R50 Kg/cm2 / / 19.90 > 15 kg/cm2
Coefficient de souplesse Ke / = R0/R20 = 1.50 < 2.8Coefficient de la stabilitécalorifique
Kt /= R20/R50 = 4.00 > 2.5
§ Le pourcentage d’imbibition
Deux éprouvettes sont conservées sous l’eau à une température de 18°C pendant 14 jours
et puis pesées en vue de calcul le pourcentage d’imbibition.
Le pourcentage d’imbibition se calcul à partir de la formule suivante :
1000
0 ´÷÷ø
öççè
æ -P
PPh (4.13)
Où :
- P0 : poids de l’éprouvette avant l’immersion ;
- Ph : poids de l’éprouvette imbibée après 14 jours.
La valeur trouvée doit d’être inférieure à 1.5 % la valeur recommandée. [1-38]
Les résultats obtenus sont donnés au tableau suivant :
Tableau 4.7: Pourcentage d’imbibition
Echantillon U 7 8 Valeursrecommandées
Poids de l’éprouvette avantl’immersion P0 g 1175.8 1174.5 /
Poids de l’éprouvette imbibéeaprès 14 jours Ph14 g 1180.9 1178.6 /
Pourcentage d’imbibition / % 0.434 0.349 < 1.5 %
Photo 4.27: Des éprouvettes conservées dans l’eau pendant 14 jours
§ Le pourcentage de gonflement
Les mêmes éprouvettes sont immergées sous l’eau pendant 14 jours à la même
température sont mesurées pour déterminer le gonflement.
Le pourcentage de gonflement ou pourcentage volumétrique est calculé d’après la formule
suivante :
1000
0 ´÷÷ø
öççè
æ -V
VVh (4.14)
Où :
- V0 et Vh sont respectivement les volumes de l’éprouvette avant et après l’immersionpendant 28 jours.
La valeur trouvée doit d’être inférieure à 0.5 % la valeur recommandée. [1-38]
Les résultats obtenus sont donnés au tableau suivant :
Tableau 4.8: Pourcentage de gonflement
Echantillon U 8 Valeursrecommandées
Diamètre avant l’immersion D cm 10.2 /
Hauteur avant l’immersion H cm 6.3
Diamètre après 28 jours D1 cm 10.22 /
Hauteur après 28 jours H1 cm 6.3 /
Volume de l’éprouvette avantl’immersion V0 cm3 514,53 /
Volume de l’éprouvette après 28jours Vh cm3 516,55 /
Pourcentage de gonflement / % 0.392 < 0.5 %
§ Stabilité suivant Marshall après immersion pendant 14 et 28 joursLa stabilité des éprouvettes est déterminée après 14 et 28 jours de conservation sous l’eau
à la température ambiante.
La valeur trouvée doit d’être supérieure à 5.4 KN la valeur recommandée. [1-38]
La valeur trouvée doit d’être supérieure à 5.4 KN la valeur recommandée. [1-38]
Photo 4.28: Appareil de Marshall
Photo 4.29: Assai de Marshall
Les résultats obtenus sont donnés au tableau suivant :
Tableau 4.9: Stabilité suivant Marshall
Echantillon U 7 8 Valeursrecommandées
Diamètre D cm 10.3 10.3 /
Hauteur H cm 6.3 6.2 /
Poids de l’éprouvette avantl’immersion
P0 g 1175.8 1174.5 /
Poids de l’éprouvette imbibéeaprès 14 jours
Ph14 g 1180.9 1178.6 /
Poids de l’éprouvette imbibéeaprès 28 jours
Ph28 g / 1178.7 /
Fluage / mm 2.85 2.1 ≤ 8.0
Stabilité / KN 12 7 ≥ 6.0
§ PerméabilitéL’étanchéité étant la qualité fondamentale d’un masque, toutes les éprouvettes ont été
essayées sous une pression d’eau de 6 kg. Elle sont tous demeurées étanches après 24 heurs
de contacte. La valeur de la perméabilité préférée doit être inférieur à la valeur recommandée
de 5.10-8 cm/s. [1]
Le cœfficient de perméabilité est calculé à l’aide de la relation suivante :
( )( ) )/(
** scm
fhlqK =
Dans laquelle:
- q : Débit de fuite en (cm3/s) ;
- l : Epaisseur de la plaque en (cm) ;
- h : Pression en (cm) d’eau, mesurée depuis la face inférieure de la plaque ;
- f : Surface de l’éprouvette en (cm2).
Les résultats obtenus sont donnés au tableau suivant :
Tableau 4.10: Perméabilité
Echantillon Perméabilité (cm/s)
1 4.2.10-8
2 4.0.10-8
Tableau 4.11: Tableau Récapitulatif
Caractéristiques étudiesvaleurs
moyennesobtenus
Valeurs recommandées
Densité (g/cm3) 2.39 Maximal
Fluage (mm) 2.72 ≤ 8.0
Stabilité (KN) 8.00 ≥ 6.0
% des vides de l’air 1.75 (1.5-2.3) %
% des vides des agrégats 21.68 > (16-19) %
Résistance à la compression R20 (kg/cm2) 79.62 > 30
Résistance à la compression R50 (kg/cm2) 19.90 > 15
Cœfficient de stabilité calorifique Kt 4.00 > 2.5
Cœfficient de souplesse Ke 1.50 < 2.8
Pourcentage d’imbibition (%) 0,391 < 1.50
Pourcentage de gonflement (%) 0.392 < 0.5
Stabilité de Marshall après immersion pendant14 et 28 jours. (KN) 9.50 > 5.4
Perméabilité (cm/s) 4.10.10-8 5.10-8 cm/s
Interprétation des résultats
Suivant les résultats trouvées, on voix que touts les valeurs sont dans les norme et
dans les limites des valeurs recommandées.
§ Vérification de la stabilité sur le talus
Pour vérifier la stabilité des revêtements bitumineux posés sur talus, des éprouvettes ont
été colées sur un support incliné de 1/1 (pente du barrage de Bouhanifia), et placées dans une
étuve sous une température de 70°C (Température maximale sur la surface du
masque [20-21] ) pendant 48 heurs, les éprouvettes ne doit pas se déformer au cours de
l’essai. [34]
Photo 4.30: Coupes des éprouvettes
Photo 4.31: Support incliné du pente du barrage de Bouhanifia (1/1)
Photo 4.32: Des éprouvettes colées sur le support
Photo 4.33: Mettre le support dans une étuve
Photo 4.34: Des é éprouvettes après conservation de 48h dans l’étuv
ConclusionAprès les 48 heurs de conservation dans une étuve à une température de 70°C, les
éprouvettes ont gardées leurs formes initiales, donc on peut confirmer que le masque de
Bouhanifia peut résister au rayonnement solaire sans la nécessité de la protection thermique.
Conclusion générale
L'utilisation des masques en béton bitumineux comme organe d'étanchéité est une
technique parfaitement maîtrisée et qui a donné de façon générale d'excellents résultats pour des
coûts de travaux compétitifs par rapport aux solutions concurrentes.
L'étanchement réalisé est généralement très efficace et l'impact sur le comportement et la
sécurité du barrage est immédiate.
Le masque en béton bitumineux est certainement la solution la plus facile à réaliser et la
plus économique qui puisse être conçue pour l'étanchement parfait des barrages en remblai.
Le revêtement complet tel qu'il a été exécuté au barrage Bouhanifia ne présente
pas plus de la centième partie du coût de l'ouvrage, même si l'on tient compte des
dépenses importantes de mise au point de la méthode et des frais élevés de construction
d'un matériel spécial.
Le problème majeur de tel type de masque est la température sur la surface due
au rayonnement solaire, d'après les essais que nous avons menés et les résultats
obtenus, nous pouvons dire que le masque en béton bitumineux du barrage Bouhanifia
résiste à une à une température de 70°C malgré l'absence de la protection thermique.
On recommande d’une part :
§ Les promotions qui viennent de faire le même travail pour les autres
barrages Ighil-emda et Sarno.
§ Et d’autre part de ne pas refaire la même faute de protéger le masque en
béton par une chape en béton.
ANNEXES
Annexe 1 : Termes Techniques.
Annexe 2 : Dimensions des tamis normalisés [AFNOR].
Annexe 3 : Exemples de la mise en place de la couche bitumineuse.
Annexe 1
Termes Techniques [1]
Agrégat Minéral : Gravillon et sable.
Asphalte : Mélange, naturel ou artificiel, de bitume et d’agrégat minéral, généralement à
granulométrie très fine.
Béton Bitumineux : Un des types de matériaux enrobés à chaud consistant en un mélange
dense (ou à granulométrie fermée) de gravillon, de sable, de filler et de bitume.
Bitume : Matière solide ou semi-solide obtenue par la distillation de certains pétroles bruts.
Bitume Asphaltique : Désignant couramment abrégée en celle de « bitume ».
Bitume De Distillation Directe : Bitume produit directement par extraction des constituants
volatils du pétrole brut sous l’effet de la distillation.
Bitume Fluxé : Appelé aussi très fréquemment cut-Back) ; mélange liquide ou semi liquide
composé d’un bitume de distillation directe et d’un solvant généralement extrait du pétrole.
Bitume Fluxé À Séchage Lent : Bitume fluxé renfermant un solvant très peu volatil ou
parfois un bitume très mou de distillation directe.
Bitume Fluxé À Séchage Normal : Bitume dans lequel le solvant est de type kérosène
(pétrole Iampant).
Bitume Fluxé À Séchage Rapide : Bitume fluxé renfermant un solvant plus volatil que le
kérosène.
Bitume Routier : Désignation uniquement américaine, des variétés de bitume de distillation
directe utilisées en technique routière.
Bitume Soufflé ou Oxydé : Produit obtenue en soufflant de l’air à haute température dans un
bitume mou de distillation directe ou dans une huile bitumineuse lourde.
Couche De Liaison (ou fréquemment Binder) : Couche intermédiaire entre les couches de
base et de granulométrie ouvert de gravillons et de sable, avec peu ou pas de filler, et de
bitume ou de bitume fluxé.
Enduit D’accrochage : Mince film de bitume ou de bitume fluxé.
Enduit D’apprêt : Traitement initial exécuté habituellement au moyen d’un bitume fluxé de
faible viscosité, appliqué sur une surface absorbante pour la rendre apte à recevoir un
traitement ultérieur.
Enduit De Scellement : Enduit de bitume, ou de bitume fluxé de faible viscosité, appliqué
sur une surface pour la rendre imperméable ou moins perméable.
Enduit D’usure : (Primitivement « revêtement superficiel » Film de bitume ou de bitume
fluxé appliqué à la surface d’un revêtement puis recouvert d’une couche gravillons ou de gros
sable.
Enrobé À Chaud Au Bitume : Désigne communément des matériaux enrobés plus ou moins
dense, composés d’agrégat minéral, de filler et de bitume ; le mélange doit être mis en œuvre
pendant qu’il est encor chaud.
Enrobé Applicable À Froid : Matériau enrobé qui peut être étalé et compacté à la
température atmosphérique.
Filler : (ou rarement farine minérale) : Poudre minéral très fine dont 70% passant au tamis
de 200 mailles par pouce linéaire (module 20AFNOR ou tamis 80 microns).
Gravillons : Terme utilisé en analyse granulométrique pour désigner la fraction d’agrégats
minéral retenue au tamis de 10 mailles par pouce linéaire.
Macadam Bitumineux : Mélange ouvert de pierre, de sable, de filler en petite quantité et de
bitume ou de bitume fluxé.
Mastic Bitumineux : Mélange de sable et de bitume avec ou sans addition de filler ; les
déférents éléments figurent en proportions telles que le mélange peut être mis place par
déversement à chaud.
Mastic d’Asphalt :mélange d’agrégat minéral fin, de filler et de bitume, additionné ou non
de gravillons, les proportions des divers composants sont telles que le mélange chaud put être
appliqué soit par déversement, soit par étalement à la spatule.
Matelas Chape ou Plaque Bitumineuse : Désignant suivant leurs dimensions, des éléments
préfabriqués imperméables, composés d’un mélange bitumineux du type mastic,
convenablement armé si nécessaire.
Micro Béton Bitumineux : Type d’enrober à chaud au bitume consistant en un mélange
dense de sable, de filler et de bitume.
Pénétration De Mastic Bitumineux : Colmatage d’une couche de grosses pierres, de
dimensions plus ou moins uniformes par un coulis de mastic bitumineux.
Sable : Terme appliqué dans l’analyse granulométrique à la fraction de l’agrégat minéral qui
passe au tamis de 10mailles et qui retenue au tamis de 200 mailles au pouce linéaire.
Sable Enroubé À Chaud : Mélange de sable et de bitume fluxé, avec ou sans addition de
filler, les différents constituants étant en proportions telle que le mélange doit être compacté
après étalement, soit par cylindrage, soit par damage.
Annexe 2
Tableau A.2 Dimensions des tamis normalisés [AFNOR]
ModuleTamis
(mm)
Passoires
(mm)Module
Tamis
(mm)
Passoires
(mm)
1718192021222324252627282930313233
0.0400.0500.0630.0800.1000.1250.1600.2000.2500.3150.400.500.630.801.001.261.60
0.500.630.801.001.251.602.00
3435363738394041424344454647484950
2.002.503.154.005.00
2.503.154.005.006.308.00
10.0012.5016.0020.0025.0031.5040.0050.0063.0080.00100
Annexe 3
Photo A.3 Exemples de la mise en place de la couche bitumineuse [1]
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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