Aménagement hydraulique : conception d'un barrage

Résumé du document

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.

Extraits

[...] 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 [...]

[...] Le moment Le moment de la poussée due à la glace est : La poussée due a la «sous-pression» Hypothèses : On prendra et d =25 m On supposera, de plus, que 70% de la pression est perdue dans les «vides» et que 25% de la base ne contient pas de contrefort. On considérera la surface du trapèze rouge, de même que celle du trapèze noir, comme celles de rectangles et ce pour faciliter les calculs. La force Soit, Le bras de levier En comparant U1 et U2, nous calculons le bras de levier de la poussée due à la sous-pression. [...]

[...] 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. [...]

[...] où K = 1,5 (Td en heures, F en km et V en km/h) Hauteur des vagues : (hw en V en km/h et Fe en km) Fe correspond à la longueur effective du réservoir. Si celui-ci a une forme simple, Smith propose que où K dépend de la largeur et de la longueur du réservoir. Pour trouver il faut se rapporter à un tableau qui associe certaines valeurs de à K. Vérification : Il faut ensuite vérifier que . Si ce n'est pas le cas, on prend , qui correspond à sa valeur maximale. [...]