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Aménagement hydraulique : conception d'un barrage
Résumé de l'étude de cas
Ce rapport présente la conception d'un barrage à contreforts situé sur un cours d'eau près de la ville de Québec.
Les forces en application sur le barrage ou sa fondation qui ont été considérées sont le poids du barrage, le poids de l'eau, la poussée hydrostatique, la poussée des sédiments, la poussée des glaces, la sous-pression et la poussée due aux séismes. Après une analyse et une optimisation selon les critères de stabilité au renversement, au glissement et de résistance en compression, il a été déterminé que le barrage en question possèderait une largeur de 156m pour une hauteur de 52m. Cette hauteur comprend une hauteur de revanche de 2m et la pente face au réservoir est de 45 .
Le logiciel Excel a été utilisé pour faire varier les différents paramètres afin d'optimiser le dimensionnement. Ce dernier offre un facteur de sécurité de 2,01 en conditions normales et de 1,45 en conditions de séismes; ces facteurs correspondent aux normes (F.S. de 2 en conditions normales et F.S 1.3 en conditions séisme selon l'Association canadienne sur la Sécurité des Barrages, ACSB).
La construction d'un barrage relève du défi pour l'ingénieur civil qui doit tenir compte d'un grand nombre de contraintes afin d'optimiser le dimensionnement de l'ouvrage. Par exemple, le choix du site se fait généralement à partir d'un certain nombre de critères : l'hydrologie et la topographie de la région, la capacité portante des fondations, la présence locale de matériaux, les coûts du terrain et d'autres facteurs socio-environnementaux. Dans le cas du présent rapport, il sera question d'un cours d'eau situé près de la ville de Québec qui sera aménagé avec un barrage de type contrefort afin de subvenir aux besoins de la population locale.
Le travail de conception d'un barrage comme celui-ci doit se baser sur la considération de plusieurs sources de forces qui seront appliquées sur l'ouvrage. Ces forces vont aller du poids du barrage même appliqué sur les fondations jusqu'aux poussées extrêmes générées lors d'événements extraordinaires comme des séismes. Une analyse approfondie de ces forces permettra d'effectuer un choix éclairé sur la conception du barrage qui doit évidemment respecter différents critères de stabilité et de sécurité.
L'objectif est d'établir de manière optimale les détails de conception de ce barrage. Pour ce faire, nous allons tout d'abord présenter les principes de conception d'un barrage à contreforts : soit une revue des forces appliquées, des critères de stabilités de l'ouvrage et de la hauteur de revanche. Par la suite, nous allons aborder les résultats obtenus lors du calcul de ces différents éléments pour finalement terminer avec nos conclusions comprenant nos recommandations quant à la conception et la nature de l'ouvrage.
Sommaire de l'étude de cas
- Objectifs
- Principes de conception
- Hauteur de la revanche
- Forces appliquées
- Stabilité de l'ouvrage
- Résultats
- Calcul du vent, des vagues et de la hauteur de la revanche
- Calcul des forces appliquées
- Vérification de la stabilité
- Discussion et conclusion
Extraits de l'étude de cas
[...] Calcul de la hauteur de la revanche - On peut alors déterminer la valeur de k1, d'après la figure 17 : Pente du barrage en amont : = 0,07 Hypothèse : La paroi du barrage est considérée comme non poreuse car elle est en béton et non en roche. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de réduire la valeur lue sur la figure 17 de k1 par deux. - Pour un ouvrage en béton, on accepte 13% de vagues qui débordent l'ouvrage. Ainsi, comme le percentile vaut de vagues non débordantes) alors k2 = 1. La hauteur de la revanche de notre barrage est d'environ 2 m. [...]
[...] Dans notre cas : = 0,13333 Par interpolation linéaire, on obtient : K = 0,302 Ainsi, = 0,906 km Vérification : ; on a bien : D'où, Période des vagues générées par le vent : On trouve bien une période de quelques secondes. Longueur des vagues : (Lv en m et Ts en secondes) (Lo en V en km/h et Fe en km) Vérification: On vérifie bien : Lv < 4D. En effet m < 4 x 50 m = 200 m. [...]
[...] On peut remarquer dans la formule que Smith ajoute 0,50 m à S et hw . Cette addition de 50 cm permet de combler le manque de sécurité lié à l'utilisation d'un vent plus doux que celui recommandé par le ACSB. Afin de déterminer ces différents paramètres, nous allons déterminer les effets du vent sur la surface de l'eau du réservoir qui sont doubles : - développement d'une force horizontale à la surface de l'eau, dans le sens du vent qui entraîne une surélévation du niveau de l'eau au niveau des zones abritées du vent par rapport à son niveau normal - génération de vagues A noter que la force des vagues n'est pas prise en compte dans le bilan des forces appliquées au barrage car c'est un phénomène temporaire. [...]
[...] http://www.cehq.gouv.qc.ca/loisreglements/barrages/reglement/Seismiques_Sud_ 150.pdf ) W correspond au poids du barrage étudié. Ainsi, Le bras de levier La poussée due aux séismes agit au centre de gravité de l'ouvrage, soit environ au tiers de la hauteur : Soit, Le moment Le moment de la poussée due à la sous-pression est : Annexe 4 Détail du calcul des critères de stabilité Stabilité au renversement en conditions normales (sans séismes) Calcul de la résultante des forces verticales : Soit, dans notre cas : La somme des moments par rapport à O étant égale à zéro, nous en déduisons la valeur du moment MRv : Soit : Calcul de l'excentricité : Soit ici : Et : Calcul des contraintes verticales minimales et maximales : Soit ici : et D'où : et Conclusion : Le critère de stabilité au renversement est bien vérifié en conditions normales car il n'y a pas d'apparition de tension dans le béton. [...]
[...] De cette manière la semelle sera entièrement comprimée et il n'y aura pas de risque d'apparition de contraintes de tension à l'intérieure de celle-ci. Nous calculons pour cela : donc (plus le moment du aux séismes dans le cas où on les considère) Résistance au glissement Afin de nousassurer que notre barrage ne sera pas soumis à des efforts dommageables de glissement, nous devons vérifier l'équation suivante. Elle témoigne de l'interface entre le béton et les graviers, pour lesquels nous considérerons un angle de frottement interne de 35 . [...]
À propos de l'auteur
Stéphanie B.Etudiante- Niveau
- Grand public
- Etude suivie
- Autres
- Ecole, université
- INSA
Descriptif de l'étude de cas
- Date de publication
- 2009-12-16
- Date de mise à jour
- 2009-12-16
- Langue
- français
- Format
- Word
- Type
- étude de cas
- Nombre de pages
- 36 pages
- Niveau
- grand public
- Téléchargé
- 10 fois
- Validé par
- le comité de lecture
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