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Barrages en béton
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Barrages - voûtesBarrages - voûtes
Naret, Tessin, 80 m, 1970
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Barrages en béton
Barrages - voûtes Cavagnoli, Tessin, 111 m, 1968
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Barrages - voûtes
L’importance des barrages-voûtesL’importance des barrages-voûtes
Les barrages voûtes représentent 4.4 % de tous les
barrages
Les barrages voûtes représentent 25 % des barrages
en béton
Surtout bien représentés pour les hauteurs
importants:
100 - 150 m: 30 %
150 - 200m: 45%
> 200m : 55%
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Barrages - voûtes
Premiers barrages-voûtesPremiers barrages-voûtes
François Zola (1795-1847) : premier barrage-voûte dimensionné sur la base des
contraintes: barrage de Zola près d'Aix-en-Provence
hauteur: 33 m; achèvement: 1854)
Edmé Mariotte (1620-1684)
formule du cylindre
Louis M.H. Navier (1785-1838)
théorie des arcs élastiques
G. Albert Pelletreau (1843-1900)
diminution des rayons des arcs de haut en bas
Percy Simpson (1787-1877)
premier barrage-voûte en Australie (forme
cylindique)
James D. Schuyler (1848-1912)
parement amont incliné
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Premiers barrages-voûtesPremiers barrages-voûtes
Barrages de Pathfinder et Buffalo (Etats Unis):
premiers barrages-voûtes (cylindriques) dimensionnés selon la méthode des ajustements
(arcs-consoles)
Hubert Vischer / Luther Wagoner (1847-1922)
développement de la méthode des ajustements
Lars R. Jorgensen (1876-1938)
premier barrage-voûte avec arcs à rayons variables: barrage de Salmon Creek (1914)
Heinrich E. Gruner (1873-1947)
premier barrage-voûte à rayons variables: barrage de Montsalvens (1920)
Hugo F.L. Ritter (1883-1956)
analyse des barrages-voûtes
Henri Gicot (1897-1982), Alfred Stucky (1892-1969)
amélioration des méthodes d'analyse des barrages-voûtes
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Barrages - voûtes
Barrages-voûtes modernesBarrages-voûtes modernes
Grande popularité des barrages-voûtes en Californie jusqu'à la 2ème guerre mondiale.
Partiellement en Italie, premier barrage-voûte à double courbure: barrage d'Osiglietta (1939),
joint périmétrique; beaucoup de barrages conçus par Carlo Semenza (1893-1961).
Développement des barrages-voûtes en France par André Coyne (1891-1960). Après la rupture
du barrage de Malpasset (58 m) en 1959, la construction des barrages-voûtes a fortement
diminuée.
Après la 2ème guerre mondiale, la construction de nombreux barrages-voûtes en Suisse, avec le
barrage le plus haut de Mauvoisin (237 m, surélevé en 1990 à 250 m), achevé en 1957 et conçu
par Alfred Stucky.
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Barrages - voûtes
Développement de la construction des barrages-voûtes entre 1900 et 1990Développement de la construction des barrages-voûtes entre 1900 et 1990
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Cavagnoli, Tessin, 111 m, 1968
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Punt dal Gall, Grison, 130 m, 1968
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Karun III, Iran, 205 m
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Emosson, Valais 180 m
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Linth Limmern, Glaris, 146 m, 1963
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Barrages - voûtes Almendra, Espagne, 198 m, 1970
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Barrages - voûtes
Almendra, Espagne, 198 m
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Zeuzier, Valais, 156 m, 1957
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Hongrin, Vaud, 125 m / 90 m, 1969
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Barrages - voûtes
Zayandehrood, Iran, 100 m, 1970
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Barrages - voûtes
Roselend, France, 150 m, 1960
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Roselend, France, 150 m, 1960
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Barrages - voûtes
Santo Domingo, Venezuela, 75 m, 1972
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Barrages en béton
Barrages - voûtes Karun I, Iran, 200 m , 1970 (Shahid Abbaspoor)
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Barrages - voûtes
Karun I, Iran, 200 m , 1970 (Shahid Abbaspoor)
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Barrages en béton
Barrages - voûtes
Choix de l ’emplacementChoix de l ’emplacement
Conditions pour la réalisation d'un barrage-voûte :
la vallée est relativement étroite
les appuis latéraux sont topographiquement favorables (si possible symétriques)
les conditions géologiques sont bonnes
stabilité du rocher aux rives pendant la construction et l ’exploitation du barrage (percolation
de l ’eau à travers les appuis)
comportement homogène et isotrope de la fondation (éviter des failles et discontinuités)
rocher sain, peu perméable et déformable
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Barrages - voûtes
Choix de l’emplacement - Critères topographiquesChoix de l’emplacement - Critères topographiques
H
LC
H
LC
Vallˇe en V Vallˇe en U
)6(5HLC ≤ )5.4(4HLC ≤
H
L
C
H
LC
H
LCLC
Vallˇe en V Vallˇe en U
)6(5HLC ≤ )5.4(4HLC ≤
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Barrages en béton
Barrages - voûtes
Barrage du Châtelot, France - Suisse
Exemple de culée
Barrage du Châtelot, France - Suisse
Exemple de culée
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Barrage du Châtelot, France - Suisse
Exemple de culée
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Exemple de culée
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Barrages en béton
Barrages - voûtes
Châtelot, Neuchâtel, 74 m, 1953
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Barrages - voûtes
Châtelot, Neuchâtel, 74 m, 1953
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Barrages - voûtes
Barrage du Moiry, Suisse
Exemple de culée
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Exemple de culée
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Barrages - voûtes
Moiry, Valais, 148 m, 1958
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Barrages - voûtes
Barrages au Valais avec une hauteur plus grande que 60 mBarrages au Valais avec une hauteur plus grande que 60 m
Barrage de Moiry:
(barrage-voûte)
Hauteur 148 m
Volume de la retenue:
77 Mio m3
Mise en service 1958
QuickTime™ et un
décompresseur TIFF (non compressé)
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Barrages - voûtes
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Barrages en béton
Barrages - voûtes
Choix de l’emplacement - Critères géologiquesChoix de l’emplacement - Critères géologiques
En règle générale, au passage
d'une zone géologiquement
favorable, l'érosion par le cours
d'eau forme un verrou favorable à
l'implantation d'un barrage-voûte.
Le barrage sera implanté à
l'amont du resserrement ou du
verrou, de sorte que les efforts
soient transmis à la fondation
dans la zone de la meilleure
qualité géomécanique
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Barrages - voûtes
Karun III, Iran, 205 mZillergründl, Autriche
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Barrages en béton
Barrages - voûtes
Analyse de stabilité des appuis et de la fondation
(calcul des dièdres)
Analyse de stabilité des appuis et de la fondation
(calcul des dièdres)
K1, K2 : joints, diaclases
S : schistosité, stratification
KA : force transmise par
le barrage aux appuis
A-B-C-D : schéma de ruine possible
(dièdre)
V : direction du glissement
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Barrages - voûtes
Stabilité des appuis et de la fondationStabilité des appuis et de la fondation
Instabilité des appuis et
fondations des barrages-
voûtes, pendant l'exploitation
de la retenue, due à
l'hétérogénéité de la
perméabilité de la fondation
Exemple: Malpasset, H = 66
(France, près de
Fréjus)
(2.12.1959)
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Stabilité des appuis et de la fondationStabilité des appuis et de la fondation
Malpasset, H = 66
(France, près de
Fréjus)
(2.12.1959)
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Barrages - voûtes
Avantages et inconvénients des barrages-voûtesAvantages et inconvénients des barrages-voûtes
Le volume de béton est réduit (l'épaisseur à la base est de
l'ordre de 15 - 20 % de la hauteur, contre 75 - 80 % pour un
barrage poids);
Le prix du m3 de béton, plus dosé en liant, n'est qu'un peu plus
élevé, tout comme le prix du m2 de coffrage.
Le système statique tridimensionnel hyperstatique induit une
grande réserve de portance.
L'effet des sous-pressions est réduit du fait de l'épaisseur
limitée de la fondation. Par contre, les gradients hydrauliques
sous la fondation sont importants.
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Barrages - voûtes
épaisseur de la base 15 à 25 % de la hauteur (75 - 80 % pour un barrage poids)
Avantages des barrages - voûtesAvantages des barrages - voûtes
hyperstaticité du système
Volume en béton réduitVolume en béton réduit
Grande réserve de la portanceGrande réserve de la portance
Petites sous-pressionsPetites sous-pressions
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Barrages - voûtes
Barrage voûte - cylindrique
(simple courbure)
Barrage voûte - cylindrique
(simple courbure)
Principe Voûte à rayon constant et épaisseur variable
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Barrages - voûtes
Barrage voûte à angle constant et rayon variable
(simple courbure)
Barrage voûte à angle constant et rayon variable
(simple courbure)
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Barrages - voûtes
Barrage voûte à angle et rayon variable
(simple courbure)
Barrage voûte à angle et rayon variable
(simple courbure)
Coupe m-m
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Barrages - voûtes
Barrage voûte à double courbure
(Punt dal Gall, Suisse)
Barrage voûte à double courbure
(Punt dal Gall, Suisse)
Puits de pendule
Galerie de contrôle
Galerie d ’injections
Galerie de drainage
Ecran d’étanchéité
Prise d ’eau
Chambre de vannes
Galerie en charge
Contrôle de dotation
Vidange de fond
Evacuateur de crues
Caverne de commande
Galerie de liaison
Galerie d ’accès
1
2
3
4
5
7
6
8
1
91
2
3
4
5
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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Punt dal Gall, Grison, 130 m, 1968
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Barrage voûte à double courbure
(Punt dal Gall, Suisse, 130 m, 1968)
Barrage voûte à double courbure
(Punt dal Gall, Suisse, 130 m, 1968)
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Barrages-voûtes à double courbure
Rayon et angles d’ouverture des arc
Barrages-voûtes à double courbure
Rayon et angles d’ouverture des arc
70 80 90 110 120100 130
Rayon moyen Rmoy Angle dÕouverture 2 φ
0 m 50 m 100 m 150 m
Rmoy
2φ
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Choix de la forme initiale - hauteur du barrageChoix de la forme initiale - hauteur du barrage
Critères influençant la hauteur du barrage
topographie
géologue
hydrologie
sécurité
économie
hauteur optimale = la hauteur la plus économique est obtenue par une
analyse des charges et rendements annuels
charges annuelles :
rendements annuels :
amortissement annuels des coûts de construction
intérêts pour le capital investi
frais d’exploitation et d’entretien
production d ’énergie
production alimentaire due à l’irrigation
protection contre les crues etc.
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Choix de la forme initiale - hauteur du barrageChoix de la forme initiale - hauteur du barrage
amortissements annuels des
coûts de construction
intérêts pour le capital investi
frais d’exploitation et d’entretien
production d’énergie
production alimentaire due à
l’irrigation
protection contre les crues
etc.
Coûts (charges) annuelsCoûts (charges) annuels Rendements annuelsRendements annuels Bénéfices annuelsBénéfices annuels
coûts
hauteur
h1 h2 h3 h4
hauteur
h1 h2 h3 h4
rendements
hauteur
optimale
hauteur
h1 h2 h3 h4
bénéfices
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Forme des sections horizontales (arcs) - DéfinitionsForme des sections horizontales (arcs) - Définitions
h
LC
SC
ϕsin2⋅
= C
C
S
rβ
LC
SC
rC2ϕ
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Forme des sections horizontales (arcs)Forme des sections horizontales (arcs)
Ouverture de l'arc (arcs circulaires)
couronnement 120° à 130°
à mi-hauteur 85°
à la base 80°
Géométrie des arcs
arcs circulaires (l'angle de l'arc avec le rocher sain doit être au minimum 30°)
Arcs circulaires combinés (arc de rive)
arcs de parabole
arcs d'ellipse
arcs de spirale logarithmique
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Arcs circulairesArcs circulaires
R1
R2
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Forme des sections verticalesForme des sections verticales
Procédure
itérative
arcs consoles / murs
1) 2)
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Choix de la forme initialeChoix de la forme initiale
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Epaisseur de la console à la section principaleEpaisseur de la console à la section principale
ec
Lc
L1
H
eb
Epaisseur
Vallˇe large
en U
Vallˇe ˇtroite
en V
au
couronnement 15
H
ec =
20
H
ec =
la base
20
L
e c
b =
15
L
e c
b =
Epaisseur
Vallˇe large
en U
Vallˇe ˇtroite
en V
au
couronnement 15
H
ec =
20
H
ec =
la base
20
L
e c
b =
15
L
e c
b =
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Epaisseur de la console à la section principaleEpaisseur de la console à la section principale
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Exemples de formes des consoles à clé pour des barrages conçus par des
ingénieurs suisses
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Brochure Stucky
Ingénieurs-Conseils SA
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Exemples de
formes des
consoles à clé
« école »
espagnole
Exemples de
formes des
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« école »
espagnole
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Barrage de Nalps, Grison, 127 m, 1963Barrage de Nalps, Grison, 127 m, 1963
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Curnera, Grison, 153 m, 1966Curnera, Grison, 153 m, 1966
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Exemple d’un barrage-voûte à double courbure: EmossonExemple d’un barrage-voûte à double courbure: Emosson
Barrage de Emosson:
(barrage-voûte)
Hauteur 180 m
Volume de la retenue:
225 Mio m3
Mise en service 1974
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Emosson, Valais, 180 m, 1974
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Emosson, Valais, 180 m, 1974
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Exemple d’un barrage-voûte à double courbure: EmossonExemple d’un barrage-voûte à double courbure: Emosson
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Exemple d’un barrage-voûte à double courbure: EmossonExemple d’un barrage-voûte à double courbure: Emosson
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Exemple d’un barrage-voûte à double courbure: EmossonExemple d’un barrage-voûte à double courbure: Emosson
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Barrages - voûtes
Coefficient d'élancement (Lombardi)Coefficient d'élancement (Lombardi)
C = F2/VH
F:
Surface moyenne
du barrage
V:
Volume du béton
H:
Hauteur sur
fondation (console
à la clé)
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Les Toules, Valais, 86 m,
1963,Lc = 460 m
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Valle di Lei, Grison, 141 m, 1961
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Chap 4 a barragesvoûtes

  • 1. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrages - voûtesBarrages - voûtes Naret, Tessin, 80 m, 1970
  • 2. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Cavagnoli, Tessin, 111 m, 1968
  • 3. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes L’importance des barrages-voûtesL’importance des barrages-voûtes Les barrages voûtes représentent 4.4 % de tous les barrages Les barrages voûtes représentent 25 % des barrages en béton Surtout bien représentés pour les hauteurs importants: 100 - 150 m: 30 % 150 - 200m: 45% > 200m : 55%
  • 4. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Premiers barrages-voûtesPremiers barrages-voûtes François Zola (1795-1847) : premier barrage-voûte dimensionné sur la base des contraintes: barrage de Zola près d'Aix-en-Provence hauteur: 33 m; achèvement: 1854) Edmé Mariotte (1620-1684) formule du cylindre Louis M.H. Navier (1785-1838) théorie des arcs élastiques G. Albert Pelletreau (1843-1900) diminution des rayons des arcs de haut en bas Percy Simpson (1787-1877) premier barrage-voûte en Australie (forme cylindique) James D. Schuyler (1848-1912) parement amont incliné
  • 5. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Premiers barrages-voûtesPremiers barrages-voûtes Barrages de Pathfinder et Buffalo (Etats Unis): premiers barrages-voûtes (cylindriques) dimensionnés selon la méthode des ajustements (arcs-consoles) Hubert Vischer / Luther Wagoner (1847-1922) développement de la méthode des ajustements Lars R. Jorgensen (1876-1938) premier barrage-voûte avec arcs à rayons variables: barrage de Salmon Creek (1914) Heinrich E. Gruner (1873-1947) premier barrage-voûte à rayons variables: barrage de Montsalvens (1920) Hugo F.L. Ritter (1883-1956) analyse des barrages-voûtes Henri Gicot (1897-1982), Alfred Stucky (1892-1969) amélioration des méthodes d'analyse des barrages-voûtes
  • 6. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrages-voûtes modernesBarrages-voûtes modernes Grande popularité des barrages-voûtes en Californie jusqu'à la 2ème guerre mondiale. Partiellement en Italie, premier barrage-voûte à double courbure: barrage d'Osiglietta (1939), joint périmétrique; beaucoup de barrages conçus par Carlo Semenza (1893-1961). Développement des barrages-voûtes en France par André Coyne (1891-1960). Après la rupture du barrage de Malpasset (58 m) en 1959, la construction des barrages-voûtes a fortement diminuée. Après la 2ème guerre mondiale, la construction de nombreux barrages-voûtes en Suisse, avec le barrage le plus haut de Mauvoisin (237 m, surélevé en 1990 à 250 m), achevé en 1957 et conçu par Alfred Stucky.
  • 7. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Développement de la construction des barrages-voûtes entre 1900 et 1990Développement de la construction des barrages-voûtes entre 1900 et 1990
  • 8. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Cavagnoli, Tessin, 111 m, 1968
  • 9. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m, 1968
  • 10. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Karun III, Iran, 205 m
  • 11. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Emosson, Valais 180 m
  • 12. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Linth Limmern, Glaris, 146 m, 1963
  • 13. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Almendra, Espagne, 198 m, 1970
  • 14. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Almendra, Espagne, 198 m
  • 15. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Zeuzier, Valais, 156 m, 1957
  • 16. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes
  • 17. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes
  • 18. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes
  • 19. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Hongrin, Vaud, 125 m / 90 m, 1969
  • 20. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Zayandehrood, Iran, 100 m, 1970
  • 21. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Roselend, France, 150 m, 1960
  • 22. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Roselend, France, 150 m, 1960
  • 23. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Santo Domingo, Venezuela, 75 m, 1972
  • 24. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Karun I, Iran, 200 m , 1970 (Shahid Abbaspoor)
  • 25. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Karun I, Iran, 200 m , 1970 (Shahid Abbaspoor)
  • 26. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Choix de l ’emplacementChoix de l ’emplacement Conditions pour la réalisation d'un barrage-voûte : la vallée est relativement étroite les appuis latéraux sont topographiquement favorables (si possible symétriques) les conditions géologiques sont bonnes stabilité du rocher aux rives pendant la construction et l ’exploitation du barrage (percolation de l ’eau à travers les appuis) comportement homogène et isotrope de la fondation (éviter des failles et discontinuités) rocher sain, peu perméable et déformable
  • 27. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Choix de l’emplacement - Critères topographiquesChoix de l’emplacement - Critères topographiques H LC H LC Vallˇe en V Vallˇe en U )6(5HLC ≤ )5.4(4HLC ≤ H L C H LC H LCLC Vallˇe en V Vallˇe en U )6(5HLC ≤ )5.4(4HLC ≤
  • 28. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrage du Châtelot, France - Suisse Exemple de culée Barrage du Châtelot, France - Suisse Exemple de culée
  • 29. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrage du Châtelot, France - Suisse Exemple de culée Barrage du Châtelot, France - Suisse Exemple de culée
  • 30. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Châtelot, Neuchâtel, 74 m, 1953
  • 31. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Châtelot, Neuchâtel, 74 m, 1953
  • 32. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrage du Moiry, Suisse Exemple de culée Barrage du Moiry, Suisse Exemple de culée
  • 33. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Moiry, Valais, 148 m, 1958
  • 34. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrages au Valais avec une hauteur plus grande que 60 mBarrages au Valais avec une hauteur plus grande que 60 m Barrage de Moiry: (barrage-voûte) Hauteur 148 m Volume de la retenue: 77 Mio m3 Mise en service 1958 QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.
  • 35. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes
  • 36. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Choix de l’emplacement - Critères géologiquesChoix de l’emplacement - Critères géologiques En règle générale, au passage d'une zone géologiquement favorable, l'érosion par le cours d'eau forme un verrou favorable à l'implantation d'un barrage-voûte. Le barrage sera implanté à l'amont du resserrement ou du verrou, de sorte que les efforts soient transmis à la fondation dans la zone de la meilleure qualité géomécanique
  • 37. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Karun III, Iran, 205 mZillergründl, Autriche
  • 38. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Analyse de stabilité des appuis et de la fondation (calcul des dièdres) Analyse de stabilité des appuis et de la fondation (calcul des dièdres) K1, K2 : joints, diaclases S : schistosité, stratification KA : force transmise par le barrage aux appuis A-B-C-D : schéma de ruine possible (dièdre) V : direction du glissement
  • 39. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Stabilité des appuis et de la fondationStabilité des appuis et de la fondation Instabilité des appuis et fondations des barrages- voûtes, pendant l'exploitation de la retenue, due à l'hétérogénéité de la perméabilité de la fondation Exemple: Malpasset, H = 66 (France, près de Fréjus) (2.12.1959)
  • 40. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Stabilité des appuis et de la fondationStabilité des appuis et de la fondation Malpasset, H = 66 (France, près de Fréjus) (2.12.1959)
  • 41. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Avantages et inconvénients des barrages-voûtesAvantages et inconvénients des barrages-voûtes Le volume de béton est réduit (l'épaisseur à la base est de l'ordre de 15 - 20 % de la hauteur, contre 75 - 80 % pour un barrage poids); Le prix du m3 de béton, plus dosé en liant, n'est qu'un peu plus élevé, tout comme le prix du m2 de coffrage. Le système statique tridimensionnel hyperstatique induit une grande réserve de portance. L'effet des sous-pressions est réduit du fait de l'épaisseur limitée de la fondation. Par contre, les gradients hydrauliques sous la fondation sont importants.
  • 42. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes épaisseur de la base 15 à 25 % de la hauteur (75 - 80 % pour un barrage poids) Avantages des barrages - voûtesAvantages des barrages - voûtes hyperstaticité du système Volume en béton réduitVolume en béton réduit Grande réserve de la portanceGrande réserve de la portance Petites sous-pressionsPetites sous-pressions
  • 43. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrage voûte - cylindrique (simple courbure) Barrage voûte - cylindrique (simple courbure) Principe Voûte à rayon constant et épaisseur variable
  • 44. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrage voûte à angle constant et rayon variable (simple courbure) Barrage voûte à angle constant et rayon variable (simple courbure)
  • 45. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrage voûte à angle et rayon variable (simple courbure) Barrage voûte à angle et rayon variable (simple courbure) Coupe m-m
  • 46. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrage voûte à double courbure (Punt dal Gall, Suisse) Barrage voûte à double courbure (Punt dal Gall, Suisse) Puits de pendule Galerie de contrôle Galerie d ’injections Galerie de drainage Ecran d’étanchéité Prise d ’eau Chambre de vannes Galerie en charge Contrôle de dotation Vidange de fond Evacuateur de crues Caverne de commande Galerie de liaison Galerie d ’accès 1 2 3 4 5 7 6 8 1 91 2 3 4 5 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  • 47. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m, 1968
  • 48. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrage voûte à double courbure (Punt dal Gall, Suisse, 130 m, 1968) Barrage voûte à double courbure (Punt dal Gall, Suisse, 130 m, 1968)
  • 49. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrages-voûtes à double courbure Rayon et angles d’ouverture des arc Barrages-voûtes à double courbure Rayon et angles d’ouverture des arc 70 80 90 110 120100 130 Rayon moyen Rmoy Angle dÕouverture 2 φ 0 m 50 m 100 m 150 m Rmoy 2φ
  • 50. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Choix de la forme initiale - hauteur du barrageChoix de la forme initiale - hauteur du barrage Critères influençant la hauteur du barrage topographie géologue hydrologie sécurité économie hauteur optimale = la hauteur la plus économique est obtenue par une analyse des charges et rendements annuels charges annuelles : rendements annuels : amortissement annuels des coûts de construction intérêts pour le capital investi frais d’exploitation et d’entretien production d ’énergie production alimentaire due à l’irrigation protection contre les crues etc.
  • 51. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Choix de la forme initiale - hauteur du barrageChoix de la forme initiale - hauteur du barrage amortissements annuels des coûts de construction intérêts pour le capital investi frais d’exploitation et d’entretien production d’énergie production alimentaire due à l’irrigation protection contre les crues etc. Coûts (charges) annuelsCoûts (charges) annuels Rendements annuelsRendements annuels Bénéfices annuelsBénéfices annuels coûts hauteur h1 h2 h3 h4 hauteur h1 h2 h3 h4 rendements hauteur optimale hauteur h1 h2 h3 h4 bénéfices
  • 52. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Forme des sections horizontales (arcs) - DéfinitionsForme des sections horizontales (arcs) - Définitions h LC SC ϕsin2⋅ = C C S rβ LC SC rC2ϕ
  • 53. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Forme des sections horizontales (arcs)Forme des sections horizontales (arcs) Ouverture de l'arc (arcs circulaires) couronnement 120° à 130° à mi-hauteur 85° à la base 80° Géométrie des arcs arcs circulaires (l'angle de l'arc avec le rocher sain doit être au minimum 30°) Arcs circulaires combinés (arc de rive) arcs de parabole arcs d'ellipse arcs de spirale logarithmique
  • 54. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Arcs circulairesArcs circulaires R1 R2
  • 55. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Forme des sections verticalesForme des sections verticales Procédure itérative arcs consoles / murs 1) 2)
  • 56. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Choix de la forme initialeChoix de la forme initiale QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image. QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.
  • 57. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Choix de la forme initialeChoix de la forme initiale QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image. QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.
  • 58. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Choix de la forme initialeChoix de la forme initiale QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image. QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.
  • 59. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Epaisseur de la console à la section principaleEpaisseur de la console à la section principale ec Lc L1 H eb Epaisseur Vallˇe large en U Vallˇe ˇtroite en V au couronnement 15 H ec = 20 H ec = la base 20 L e c b = 15 L e c b = Epaisseur Vallˇe large en U Vallˇe ˇtroite en V au couronnement 15 H ec = 20 H ec = la base 20 L e c b = 15 L e c b =
  • 60. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Epaisseur de la console à la section principaleEpaisseur de la console à la section principale
  • 61. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Exemples de formes des consoles à clé pour des barrages conçus par des ingénieurs suisses Exemples de formes des consoles à clé pour des barrages conçus par des ingénieurs suisses Brochure Stucky Ingénieurs-Conseils SA
  • 62. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Brochure Stucky Ingénieurs-Conseils SA Exemples de formes des consoles à clé « école » espagnole Exemples de formes des consoles à clé « école » espagnole
  • 63. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Barrage de Nalps, Grison, 127 m, 1963Barrage de Nalps, Grison, 127 m, 1963
  • 64. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Curnera, Grison, 153 m, 1966Curnera, Grison, 153 m, 1966
  • 65. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Limmern, Glaris, 146 m, 1963Limmern, Glaris, 146 m, 1963
  • 66. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Exemple d’un barrage-voûte à double courbure: EmossonExemple d’un barrage-voûte à double courbure: Emosson Barrage de Emosson: (barrage-voûte) Hauteur 180 m Volume de la retenue: 225 Mio m3 Mise en service 1974 QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.
  • 67. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Emosson, Valais, 180 m, 1974
  • 68. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Emosson, Valais, 180 m, 1974
  • 69. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Emosson, Valais, 180 m, 1974
  • 70. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Exemple d’un barrage-voûte à double courbure: EmossonExemple d’un barrage-voûte à double courbure: Emosson
  • 71. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Exemple d’un barrage-voûte à double courbure: EmossonExemple d’un barrage-voûte à double courbure: Emosson
  • 72. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Exemple d’un barrage-voûte à double courbure: EmossonExemple d’un barrage-voûte à double courbure: Emosson
  • 73. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Coefficient d'élancement (Lombardi)Coefficient d'élancement (Lombardi) C = F2/VH F: Surface moyenne du barrage V: Volume du béton H: Hauteur sur fondation (console à la clé)
  • 74. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Les Toules, Valais, 86 m, 1963,Lc = 460 m
  • 75. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Valle di Lei, Grison, 141 m, 1961
  • 76. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Valle di Lei, Grison, 141 m, 1961
  • 77. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Valle di Lei, Grison, 141 m, 1961
  • 78. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Santa Maria, Grison, 117 m, 1968
  • 79. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Schiffenen, Fribourg, 47 m, 1963
  • 80. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Gigerwald, St. Gall, 147 m, 1976
  • 81. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Gigerwald, St. Gall, 147 m, 1976
  • 82. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Gigerwald, St. Gall, 147 m, 1976
  • 83. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Gigerwald, St. Gall, 147 m, 1976
  • 84. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Gigerwald, St. Gall, 147 m, 1976
  • 85. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Gigerwald, St. Gall, 147 m, 1976
  • 86. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Construction du barrage de Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968Construction du barrage de Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968
  • 87. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968
  • 88. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968
  • 89. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968
  • 90. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968
  • 91. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968
  • 92. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes
  • 93. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968
  • 94. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968
  • 95. ÉC OLE POLY TEC HNIQUE FÉDÉRALE D E LAUSANNE Laboratoire de Constructions Hydrauliques Barrages en béton Barrages - voûtes Punt dal Gall, Grison, 130 m,1968