Aménagement hydraulique : conception d'un ponceau

Résumé du document

Ce rapport présente la conception d'un ponceau installé sous une route d'une largeur de 22 m dans un nouveau secteur urbain près de l'aéroport de Québec. La conception s'est effectuée selon des débits correspondant aux périodes de retour de 2,33 (avant urbanisation) et 25 ans (après urbanisation).
Ces débits ont permis de déterminer les caractéristiques du ruisseau sur lequel le ponceau est installé. Les hauteurs d'eau sont de 0,50 m avant urbanisation et 1,00 m après urbanisation, pour une largeur de 5,19 et 7,39 m. Le diamètre médian des graviers du ruisseau est de 5,2 mm et la vitesse de l'eau y est de 0,57 et 0,83 m/s. Nos calculs ont permis de déterminer qu'il s'agissait d'un écoulement fluvial dans les deux cas (Fr = 0,257 et 0,265).

Le concept choisi comporte 2 tuyaux en béton en parallèle d'un diamètre de 1,6 m chacun, d'une longueur totale de 33,6 m. Il a été déterminé que le contrôle était à la sortie du ponceau et qu'il ne serait pas en écoulement plein avec une hauteur normale de 1,42 m. La hauteur d'eau à l'amont est de 1,12 m et 1,00 m à l'aval. La vitesse d'eau à la sortie est de 1,62 m/s et un enrochement permet la protection des extrémités. Le diamètre médian des roches est de 0,0499 m à l'amont et à l'aval sur une longueur de protection de 4,13 m.

Extraits

[...] Dimensions principales des ponceaux V.3 Contrôle à l'entrée vs contrôle à la sortie Afin de déterminer quel type de contrôle s'appliquait dans le cas de notre ponceau, nous avons déterminé les données suivantes : Tableau 4. Résultats pour le contrôle à l'entrée ou à la sortie La hauteur d'eau normale d0 étant supérieure à la hauteur d'eau critique dc, nous sommes dans un cas de contrôle à la sortie. Cependant comme la hauteur normale est inférieure au diamètre de notre ponceau, celui- ci ne sera pas en écoulement plein. [...]

[...] Voici les résultats obtenus : Tableau 5. Résultats des vitesses, hauteur amont et protection des extrémités VI Discussion et conclusion La conception d'un ponceau qui semble être une structure simple nécessite la prise en compte de divers éléments. Il a fallu, en effet, être attentif à l'impact sur l'environnement, au cours d'eau, aux caractéristiques géotechniques des sols, à l'érosion aux extrémités Après avoir déterminé le débit de conception (après urbanisation) puis caractérisé l'écoulement du ruisseau étudié, nous avons pu choisir et dimensionner nos ponceaux. [...]

[...] Soit, - Pour T = 25 ans, hi = 29 25,09 mm/h - Pour T = 2,33 ans, hi = 13,93 mm/h Calcul des débits QC et QM Nous calculons, à présent, les débits Qc et QM à l'aide de la méthode rationnelle qui constitue l'estimation déterministe la plus simple connue. Ainsi l'équation utilisée est : Soit = 1,17 Annexe 3 Détail de calculs des caractéristiques du ruisseau Calcul de la largeur du ruisseau Nous calculons tout d'abord la largeur B du ruisseau, grâce à la règle de pouce : Soit : Calcul du diamètre médian des graviers du ruisseau Nous déterminons ensuite le diamètre médian des graviers de notre ruisseau par la formule : Soit : Calcul de la hauteur d'eau du ruisseau En utilisant l'équation de Manning, nous retrouvons alors la hauteur d'eau de notre ruisseau, pour le débit maximum annuel et pour le débit de conception : Avec : Par itération sur Excel, nous obtenons : Pour Q = QM, Pour Q = QC, La largeur soit la ‘base' de notre rivière vaut : Et la largeur de notre rivière (au niveau de sa surface) pour le débit de conception est : Calcul des vitesses et des nombres de Froude Connaissant maintenant les dimensions de notre ruisseau pour les débits QC et QM, nous calculons les vitesses et nombres de Froude correspondants : - Pour Q = QM : et - Pour Q = QC : et Les deux nombres de Froude calculés sont inférieurs à l'écoulement de notre ruisseau peut donc être qualifié de fluvial. [...]

[...] Nous calculons alors leur diamètre, ainsi que leur longueur, selon les formules énoncées dans le guide technique ‘Traverses de cours d'eau' : Avec dans cette formule : - A = longueur de dépassement du tuyau de chaque côté du chemin = 30 cm - B = longueur sous la pente du remblai Soit : B = pente du remblai * (hauteur du tuyau + épaisseur du remblai) - C = largeur de la surface de roulement = 22 m (cf mandat de conception) Nous choisissons de mettre en place deux buses en béton étant donné leurs caractéristiques structurales et hydrauliques très favorables. Nous avons en effet une route très large de 22 m fois 2 voies supposées). Le trafic routier y sera donc certainement important après urbanisation de la zone et il convient donc que le ponceau puisse résister structuralement à de telles charges et aux effets de fatigue. Le béton armé possède pour cela des caractéristiques très intéressantes. [...]

[...] Si do dc, la pente est douce et le contrôle est à la sortie. Nous pouvons dès à présent présumer que le contrôle pour notre ponceau se fera à la sortie étant donné que sa pente, qui rappelons-le, doit suivre la pente du ruisseau, est très faible puisqu'elle vaut à peine S = Quatre cas se présentent si le contrôle est à la sortie. [...]