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OUVRAGES
ANNEXES
Hafid SOUNNY / DAH
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PLAN DE L’EXPOSE
Introduction
Evacuateur des crues
 Objet, effet de laminage, types
 Conception
Vidange de fond
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Les barrages sont généralement équipés d’ouvrages annexes qui
sont :
• les ouvrages évacuateurs de crues.
• les ouvrages de vidanges
• les ouvrages de prise
INTRODUCTION
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INTRODUCTION
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EVACUATEUR DE CRUES
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• Évacuation du surplus d’eau qui ne peut être stokée, au passage
d’une crue
 Doit avoir une capacité suffisant pour permettre le passage de ‘la
crue de projet’ sans causer de dégâts au barrage :
 Crue milénale Q1000 pour barrage en béton
 Crue décamillénale Q10000 pour barrage en terre
 Doit être judicieusement placé, correctement dimensionné et
construit selon les règles de l’art en Gci. Pour qu’il assure ses
fonctions le plus convenablement possible
EVACUATEUR DE CRUES
Objectif
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• Lors d’évènements de crues, les retenues de barrage ont pour effet
de laminer ou d’atténuer les débits instantanés de la crue entrante :
le débit qui passe par l’évacuateur de crues est inférieur au débit de
pointe de la crue à l’entrée de la retenue
• L’effet du laminage dépend de :
• la forme de l’hydrogramme de la crue
• la capacité d’évacuation de l4EC
•La forme de la partie supérieure de la retenue
EVACUATEUR DE CRUES
Effet de laminage
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EVACUATEUR DE CRUES
Effet de laminage
Mécanisme du laminage :
Qentrant(t) dt = Qsortant(z) dt + A(aire du plan d’eau)(z) dz
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EVACUATEUR DE CRUES
Types d’EC
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EVACUATEUR DE CRUES
Tilupe
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Le choix de l’emplacement, du type et des composantes d’un
évacuateur de crues dépend :
• conditions topographiques du site (volume des déblais…)
• conditions géologiques : assise de l’ouvrage, stabilité des talus
d’excavation, …
• débit des crues (vanné ou non vanné)
• type de barrage considéré (emplacement et types évidents
pour le barrage en béton de longueur suffisante)
Le choix de la taille de l’évacuateur de crue se fait par l’intermédiaire
d’un calcul économique de l’ensemble combinée (barrage+
évacuateur)
EVACUATEUR DE CRUES
Conception de l’EC
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EVACUATEUR DE CRUES
Conception de l’EC
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En général, on choisit un seuils épais ‘normal’ de type « Creager »
défini par la formule :
( Y / H0 ) = - k ( X / H0 ) n
H0 : hauteur de dimensionnement
k et n : paramètres du seuil Creager définis par les abaques
EVACUATEUR DE CRUES
seuil de contrôle
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EVACUATEUR DE CRUES
seuil de contrôle Creager
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seuil de contrôle Creager
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seuil de contrôle Creager
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seuil de contrôle Creager
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seuil de contrôle Creager
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Débit à travers un EC à seuil libre :
Q = C L H0
3/2
H0 : Charge d’eau au dessus du seuil
C : coefficient de débit dépendant de la charge
L : longueur effective déversante = L’ – 2 ( N kp + ka ) He
L’ : longueur totale
N : nombre de piles
kp : coef de contraction due à une pile (0-0.02)
ka : … murs latéraux (0-0.2)
EVACUATEUR DE CRUES
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EVACUATEUR DE CRUES
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Parement vertical
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EVACUATEUR DE CRUES
Coefficient de débit
Parement incliné
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EVACUATEUR DE CRUES
Coursier
 Hauteurs des murs bajoyers du coursier :
* Bernoulli : ∆H = y + V2
2 / 2g + Pertes de charge
• Pertes de charge : 0.1 ∆H (si L5 ∆H) 0.2 ; ∆H (si L ∆H)
* Qtransité = V . S ; S = h . largeur ; h = y cos(pente)
∨ h et V
Tenir compte d’une revanche : R = 0.6 + 0.05 V. y1/3
V en m/s et h en m
 Condition de convergence des murs :
Tan α  1 / (3 F)
F : nombre de Froude : F2 = Q2 L / ( g S3)
α : angle de convergence (= 0 si murs parallèles )
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EVACUATEUR DE CRUES
Ouvrages de dissipation de l’énergie
Bec déviateur ou Saut de ski :
Envoi du jet d’eau loin du pied aval
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EVACUATEUR DE CRUES
Ouvrages de dissipation de l’énergie
Bassin de dissipation ou basin à ressaut :
Moyen très efficace pour réduire la vitesse de sortie à une valeur
compatible avec la stabilité des berges à l’aval
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EVACUATEUR DE CRUES
Saut de ski
Le principe consiste à installer en bas du déversoir une cuillère de
R~10 avec bec relançant l’eau vert le haut suivant un angle θ de
l’ordre de 35 à 45°.
Pression d’eau développée sur la cuillère du Saut de Ski :
P = 1,033 q . V / R
Condition à respecter :
P  Pmax = 120 kPa
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EVACUATEUR DE CRUES
Saut de ski
Le jet se désintègre en suivant une trajectoire :
z = x tanθ - x2 / ( 4 H Ka cosθ )
Ka : coefficient de perte de charge due au frottement eau/air
H : Énergie de l’eau à la sorte de la cuillère : y + v2/2g
Le jet retombe dans une
cuvette de dissipation à
une distance :
x = 1,8 ( y + V2 / 2g ) sin2θ
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EVACUATEUR DE CRUES
Saut de ski
Profondeur finale Affouillement à l’aval du saut de ski :
Veronese : Y1 = 1.9 q0.54 . H 0.225
Chian Y2 = 1.18 . q0.51 . h*0.235
Dample Y3 = 0.65 .q0.5 . h0.5
Martins Y4 = 1.5 q0.6 . h0.1
∨ Y = Moy (Yi)
Q : débit spécifique à la sortie de l’EC
Y
PHE
h h*
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EVACUATEUR DE CRUES
Bassin à ressaut
La forme du ressaut et ses caractéristiques dépendent directement
du nombre de Froude :
F = V / (g y)1/2
V : vitesse en m/s
H : tirant d’eau en m
L’ensemble des essais hydrauliques effectués au laboratoire sur le phénomène du
ressaut hydraulique ont abouti à la définition d’un certain nombre de type de
bassins à réaliser en fct des caractéristques de l’écoulement (nombre de Froude à
l’entrée du bassin)
1. F = 1 , y = yc : pas de ressaut
2. 1  F  1,7 : le courant incident a une profondeur légèrement inférieure à yc;
le passage à une profondeur plus grande est graduel et ne se manifeste que par
une agitation de surface. Pour F=1,7 : y2 ~ 2 y1 ; V2 ~ 0.5 V1 : Aucun
déflecteur n’est nécessaire. Il suffit de bétonner le canal sur une longueur de
l’ordre de 4 à 6 y2 à partir de la rupture de pente
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EVACUATEUR DE CRUES
Bassin à ressaut
3. 1,7 F  2,5 , pré-ressaut – écoulement pas très turbulent : comme le cas 2, prévoir un
bassin suffisant pour contenir l’écoulement pendant son ralentissement.
Graphe  y2/y1 et L/y2 en fct de F
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EVACUATEUR DE CRUES
Bassin à ressaut
4. 2,5  F  4,5 : formation du ressaut mais stade transitoire : le jet se développe
de façon intermittente le long du fond. Cette instabilité rend le ressaut difficile à
contrôler et il faut amortir les vagues par des obstacles.
réaliser un bassin de type I
graphes  y2/y1 et L/y2 en fct de F
pour amortir le mouvement des vagues prendre y’2 = 1,1 y2
Ce type n’est pas très efficace.
C’est préférable de augmenter
F en accroissant la largeur et
passer à F  4,5 et réaliser un
bassin de type II
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EVACUATEUR DE CRUES
Bassin à ressaut
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EVACUATEUR DE CRUES
Bassin à ressaut
5. F  4,5 : le ressaut se produit nettement. La mise en place de blocs, de
déflecteurs permettent de raccourcir le bassin et éviter le le déplacement du
ressaut à l’aval
V  15 m/s : bassin de type II Graphe  y2/y1 ; L ; h2 des blocs chicanes et h4
V  15 m/s : bassin de type III Graphe  y2/y1 et L en fct de F ( y’2 = 1,05 y2)
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EVACUATEUR DE CRUES
Bassin à ressaut
F  4,5
V  15 m/s
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Bassin à ressaut
F  4,5
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Bassin à ressaut
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Bassin à ressaut – Calage du radier
Z = fct(q)  Zaval  Côte du radier : Z0 = Zaval – y2
Or q est variable !
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VIDANGE DE FOND
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• Gestion de la retenue
• Sécurité des barrages en cas d’anomalie
• Laminage : participation avec l’EC
• Désenvasement
• Dérivation pendant les travaux
VIDANGE DE FOND
Objectifs
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• Sécurité : Temps de vidange
• Gestion : Débit à satisfaire à l’aval
• Envasement : calage du seuil à l’amont
• Retours des eaux : Tête aval au-dessus des PHE aval
• Accessibilité : Diamètre  800mm pour permettre inspection
• Décantation : V 40m/s pour éviter le dépôt des sédiments
• Dimensionnement des vannes : Vitesse, nombre de pertuis, …
• Chambre des vannes : emplacement adéquat (montage, entretien et
réparation)
VIDANGE DE FOND
Critères de dimensionnement
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Schéma de principe
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VIDANGE DE FOND
Schéma de principe
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VIDANGE DE FOND
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VIDANGE DE FOND
Schéma de principe
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Bernoulli  Q = S [2g H / (1+ ΣKi)]1/2
H : dénivelée entre la cote de retenue et le milieu du pertuis de la VF
Ki : perte de charge = Kg + Ke + Kl + Kv + Ks
Kg : pertes de charge de la grille
Ke : à l’entrée ~ 0.5
Kl : p.c. linéaires 2gL/(K2R4/3) avec K~85 pour l’acier et 175 pour le béton
Kv : de la vanne
Ks : à la sortie ~ 0.5
VIDANGE DE FOND
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VIDANGE DE FOND
Temps de vidange
…
T
Vseuil
…
Cseuil
…
t1+..+ ti
….
Ci – pas
t1
Vsortant
/Qmoyen
(Q0+Q1)
/2
Q1
VRN - V1
V1
CRN - pas
-
-
-
Q0
-
VRN
CRN
Σ ti
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Qmoyen
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Q(Z)
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  • 1. OUVRAGES ANNEXES Hafid SOUNNY / DAH www.GenieCivilPDF.com
  • 2. PLAN DE L’EXPOSE Introduction Evacuateur des crues Objet, effet de laminage, types Conception Vidange de fond www.GenieCivilPDF.com
  • 3. Les barrages sont généralement équipés d’ouvrages annexes qui sont : • les ouvrages évacuateurs de crues. • les ouvrages de vidanges • les ouvrages de prise INTRODUCTION www.GenieCivilPDF.com
  • 6. • Évacuation du surplus d’eau qui ne peut être stokée, au passage d’une crue Doit avoir une capacité suffisant pour permettre le passage de ‘la crue de projet’ sans causer de dégâts au barrage : Crue milénale Q1000 pour barrage en béton Crue décamillénale Q10000 pour barrage en terre Doit être judicieusement placé, correctement dimensionné et construit selon les règles de l’art en Gci. Pour qu’il assure ses fonctions le plus convenablement possible EVACUATEUR DE CRUES Objectif www.GenieCivilPDF.com
  • 7. • Lors d’évènements de crues, les retenues de barrage ont pour effet de laminer ou d’atténuer les débits instantanés de la crue entrante : le débit qui passe par l’évacuateur de crues est inférieur au débit de pointe de la crue à l’entrée de la retenue • L’effet du laminage dépend de : • la forme de l’hydrogramme de la crue • la capacité d’évacuation de l4EC •La forme de la partie supérieure de la retenue EVACUATEUR DE CRUES Effet de laminage www.GenieCivilPDF.com
  • 8. EVACUATEUR DE CRUES Effet de laminage Mécanisme du laminage : Qentrant(t) dt = Qsortant(z) dt + A(aire du plan d’eau)(z) dz www.GenieCivilPDF.com
  • 9. EVACUATEUR DE CRUES Types d’EC www.GenieCivilPDF.com
  • 10. EVACUATEUR DE CRUES Types d’EC www.GenieCivilPDF.com
  • 11. EVACUATEUR DE CRUES Types d’EC www.GenieCivilPDF.com
  • 13. Le choix de l’emplacement, du type et des composantes d’un évacuateur de crues dépend : • conditions topographiques du site (volume des déblais…) • conditions géologiques : assise de l’ouvrage, stabilité des talus d’excavation, … • débit des crues (vanné ou non vanné) • type de barrage considéré (emplacement et types évidents pour le barrage en béton de longueur suffisante) Le choix de la taille de l’évacuateur de crue se fait par l’intermédiaire d’un calcul économique de l’ensemble combinée (barrage+ évacuateur) EVACUATEUR DE CRUES Conception de l’EC www.GenieCivilPDF.com
  • 14. EVACUATEUR DE CRUES Conception de l’EC www.GenieCivilPDF.com
  • 15. En général, on choisit un seuils épais ‘normal’ de type « Creager » défini par la formule : ( Y / H0 ) = - k ( X / H0 ) n H0 : hauteur de dimensionnement k et n : paramètres du seuil Creager définis par les abaques EVACUATEUR DE CRUES seuil de contrôle www.GenieCivilPDF.com
  • 16. EVACUATEUR DE CRUES seuil de contrôle Creager www.GenieCivilPDF.com
  • 17. EVACUATEUR DE CRUES seuil de contrôle Creager www.GenieCivilPDF.com
  • 18. EVACUATEUR DE CRUES seuil de contrôle Creager www.GenieCivilPDF.com
  • 19. EVACUATEUR DE CRUES seuil de contrôle Creager www.GenieCivilPDF.com
  • 20. EVACUATEUR DE CRUES seuil de contrôle Creager www.GenieCivilPDF.com
  • 21. EVACUATEUR DE CRUES seuil de contrôle Creager www.GenieCivilPDF.com
  • 22. Débit à travers un EC à seuil libre : Q = C L H0 3/2 H0 : Charge d’eau au dessus du seuil C : coefficient de débit dépendant de la charge L : longueur effective déversante = L’ – 2 ( N kp + ka ) He L’ : longueur totale N : nombre de piles kp : coef de contraction due à une pile (0-0.02) ka : … murs latéraux (0-0.2) EVACUATEUR DE CRUES Débit transité www.GenieCivilPDF.com
  • 23. EVACUATEUR DE CRUES Coefficient de débit Parement vertical www.GenieCivilPDF.com
  • 24. EVACUATEUR DE CRUES Coefficient de débit Parement incliné www.GenieCivilPDF.com
  • 25. EVACUATEUR DE CRUES Coursier Hauteurs des murs bajoyers du coursier : * Bernoulli : ∆H = y + V2 2 / 2g + Pertes de charge • Pertes de charge : 0.1 ∆H (si L5 ∆H) 0.2 ; ∆H (si L ∆H) * Qtransité = V . S ; S = h . largeur ; h = y cos(pente) ∨ h et V Tenir compte d’une revanche : R = 0.6 + 0.05 V. y1/3 V en m/s et h en m Condition de convergence des murs : Tan α 1 / (3 F) F : nombre de Froude : F2 = Q2 L / ( g S3) α : angle de convergence (= 0 si murs parallèles ) www.GenieCivilPDF.com
  • 26. EVACUATEUR DE CRUES Ouvrages de dissipation de l’énergie Bec déviateur ou Saut de ski : Envoi du jet d’eau loin du pied aval www.GenieCivilPDF.com
  • 27. EVACUATEUR DE CRUES Ouvrages de dissipation de l’énergie Bassin de dissipation ou basin à ressaut : Moyen très efficace pour réduire la vitesse de sortie à une valeur compatible avec la stabilité des berges à l’aval www.GenieCivilPDF.com
  • 28. EVACUATEUR DE CRUES Saut de ski Le principe consiste à installer en bas du déversoir une cuillère de R~10 avec bec relançant l’eau vert le haut suivant un angle θ de l’ordre de 35 à 45°. Pression d’eau développée sur la cuillère du Saut de Ski : P = 1,033 q . V / R Condition à respecter : P Pmax = 120 kPa www.GenieCivilPDF.com
  • 29. EVACUATEUR DE CRUES Saut de ski Le jet se désintègre en suivant une trajectoire : z = x tanθ - x2 / ( 4 H Ka cosθ ) Ka : coefficient de perte de charge due au frottement eau/air H : Énergie de l’eau à la sorte de la cuillère : y + v2/2g Le jet retombe dans une cuvette de dissipation à une distance : x = 1,8 ( y + V2 / 2g ) sin2θ www.GenieCivilPDF.com
  • 30. EVACUATEUR DE CRUES Saut de ski Profondeur finale Affouillement à l’aval du saut de ski : Veronese : Y1 = 1.9 q0.54 . H 0.225 Chian Y2 = 1.18 . q0.51 . h*0.235 Dample Y3 = 0.65 .q0.5 . h0.5 Martins Y4 = 1.5 q0.6 . h0.1 ∨ Y = Moy (Yi) Q : débit spécifique à la sortie de l’EC Y PHE h h* www.GenieCivilPDF.com
  • 31. EVACUATEUR DE CRUES Bassin à ressaut La forme du ressaut et ses caractéristiques dépendent directement du nombre de Froude : F = V / (g y)1/2 V : vitesse en m/s H : tirant d’eau en m L’ensemble des essais hydrauliques effectués au laboratoire sur le phénomène du ressaut hydraulique ont abouti à la définition d’un certain nombre de type de bassins à réaliser en fct des caractéristques de l’écoulement (nombre de Froude à l’entrée du bassin) 1. F = 1 , y = yc : pas de ressaut 2. 1 F 1,7 : le courant incident a une profondeur légèrement inférieure à yc; le passage à une profondeur plus grande est graduel et ne se manifeste que par une agitation de surface. Pour F=1,7 : y2 ~ 2 y1 ; V2 ~ 0.5 V1 : Aucun déflecteur n’est nécessaire. Il suffit de bétonner le canal sur une longueur de l’ordre de 4 à 6 y2 à partir de la rupture de pente www.GenieCivilPDF.com
  • 32. EVACUATEUR DE CRUES Bassin à ressaut 3. 1,7 F 2,5 , pré-ressaut – écoulement pas très turbulent : comme le cas 2, prévoir un bassin suffisant pour contenir l’écoulement pendant son ralentissement. Graphe  y2/y1 et L/y2 en fct de F www.GenieCivilPDF.com
  • 33. EVACUATEUR DE CRUES Bassin à ressaut 4. 2,5 F 4,5 : formation du ressaut mais stade transitoire : le jet se développe de façon intermittente le long du fond. Cette instabilité rend le ressaut difficile à contrôler et il faut amortir les vagues par des obstacles. réaliser un bassin de type I graphes  y2/y1 et L/y2 en fct de F pour amortir le mouvement des vagues prendre y’2 = 1,1 y2 Ce type n’est pas très efficace. C’est préférable de augmenter F en accroissant la largeur et passer à F 4,5 et réaliser un bassin de type II www.GenieCivilPDF.com
  • 34. EVACUATEUR DE CRUES Bassin à ressaut www.GenieCivilPDF.com
  • 35. EVACUATEUR DE CRUES Bassin à ressaut 5. F 4,5 : le ressaut se produit nettement. La mise en place de blocs, de déflecteurs permettent de raccourcir le bassin et éviter le le déplacement du ressaut à l’aval V 15 m/s : bassin de type II Graphe  y2/y1 ; L ; h2 des blocs chicanes et h4 V 15 m/s : bassin de type III Graphe  y2/y1 et L en fct de F ( y’2 = 1,05 y2) www.GenieCivilPDF.com
  • 36. EVACUATEUR DE CRUES Bassin à ressaut F 4,5 V 15 m/s Type II www.GenieCivilPDF.com
  • 37. EVACUATEUR DE CRUES Bassin à ressaut F 4,5 V 15 m/s Type III www.GenieCivilPDF.com
  • 38. EVACUATEUR DE CRUES Bassin à ressaut www.GenieCivilPDF.com
  • 39. EVACUATEUR DE CRUES Bassin à ressaut – Calage du radier Z = fct(q)  Zaval  Côte du radier : Z0 = Zaval – y2 Or q est variable ! www.GenieCivilPDF.com
  • 41. • Gestion de la retenue • Sécurité des barrages en cas d’anomalie • Laminage : participation avec l’EC • Désenvasement • Dérivation pendant les travaux VIDANGE DE FOND Objectifs www.GenieCivilPDF.com
  • 42. • Sécurité : Temps de vidange • Gestion : Débit à satisfaire à l’aval • Envasement : calage du seuil à l’amont • Retours des eaux : Tête aval au-dessus des PHE aval • Accessibilité : Diamètre 800mm pour permettre inspection • Décantation : V 40m/s pour éviter le dépôt des sédiments • Dimensionnement des vannes : Vitesse, nombre de pertuis, … • Chambre des vannes : emplacement adéquat (montage, entretien et réparation) VIDANGE DE FOND Critères de dimensionnement www.GenieCivilPDF.com
  • 43. VIDANGE DE FOND Schéma de principe www.GenieCivilPDF.com
  • 44. VIDANGE DE FOND Schéma de principe www.GenieCivilPDF.com
  • 46. VIDANGE DE FOND Schéma de principe www.GenieCivilPDF.com
  • 47. Bernoulli Q = S [2g H / (1+ ΣKi)]1/2 H : dénivelée entre la cote de retenue et le milieu du pertuis de la VF Ki : perte de charge = Kg + Ke + Kl + Kv + Ks Kg : pertes de charge de la grille Ke : à l’entrée ~ 0.5 Kl : p.c. linéaires 2gL/(K2R4/3) avec K~85 pour l’acier et 175 pour le béton Kv : de la vanne Ks : à la sortie ~ 0.5 VIDANGE DE FOND Débit évacué www.GenieCivilPDF.com
  • 48. VIDANGE DE FOND Temps de vidange … T Vseuil … Cseuil … t1+..+ ti …. Ci – pas t1 Vsortant /Qmoyen (Q0+Q1) /2 Q1 VRN - V1 V1 CRN - pas - - - Q0 - VRN CRN Σ ti Temps t Qmoyen Débit Q(Z) Vsortant Volume (courbe: H-S-V) Cote : Z www.GenieCivilPDF.com