Choix du type de barrageChoix du type de barrage · Sazbon, Iran. ÉCOLEPOLYTECHNIQUE FÉDÉRALE...

ÉC OLE POLY TEC H NIQU EFÉDÉRALE D E LAUSAN NE

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

BarragesGénéralités

Choix du type de barrageChoix du type de barrage

Type de barrage

Type de barrage

Critères

• forme de la vallée• risque sismique• géologie et géotechnique• matériaux de construction• conditions climatiques• crues à maîtriser

EconomieEconomie SécuritéSécurité

EnvironnementEnvironnement




Forme de la valléeForme de la vallée

a) canyon ou gorge vallˇe encaissˇe avec des flancs presque verticaux

Le barrage-vo˛te s'impose si la gˇo logie et l'int gration des ouvrages annexes le permettent. Si la largeur est presque constante sur toute la hauteur, un barrage-vo˛t e cylindrique peut �tre envisagˇ . Si les crues sont importantes, un barrage-poids permettra d'int grer l'ˇ vacuateur de crues.




Forme de la valléeForme de la valléeb) vallˇe ˇ troite en VLe barrage-vo˛te peut �tre envisagˇ si la gˇo logie et l'intˇg ration des ouvrages an-nexes le permettent.

D'autre crit¸ res topographiques doivent �tre vˇr ifiˇs : • LÕlancement ≤ 5 � 6. • Les courbes de niveau du rocher d'appui doivent �tre parall¸ les � l'axe de la

vallˇe, voire lˇ g¸r ement convergentes, • La gˇo logie doit �tre adˇqua te (rˇs istance, fracturation, pendages).

Le barrage-poids et le barrage en enrochement � masque amont sont ˇga lement envisageables. Le barrage en enrochement � noyau central est proscrit, du fait de la pente impor-tante des flancs (tassements diffˇ rentiels et risque de fissuration du noyau).




Forme de la valléeForme de la vallée c) vallˇ e ˇtro ite en U Le barrage-vo˛te peut �tre envisagˇ si la gˇo logie et l'intˇg ration des ouvrages an-nexes le permettent.

D'autres crit¸ res topographiques doivent �tre vˇr ifiˇs : • L'ˇ lancement ≤ 4 � 5. • Les courbes de niveau du rocher d'appui doivent

�tre parall¸ les � l'axe de la vallˇe , voire lˇ g¸ rementconvergentes.

• La gˇo logie doit �tre adˇqua te (rˇs istance, fractu-ration, pendages).

Le barrage-poids et le barrage en enrochement � masque amont sont ˇ galement envisageables, alors que le barrage en enrochement � noyau central est � proscrire, pour les m�mes raisons que dans le cas prˇcˇ dent.




Forme de la valléeForme de la vallée

d) vallˇ e large L'ˇl ancement du barrage est tr¸s important, ˇl iminant le barrage-vo˛ te. Tous les autres types de barrages peuvent �tre envisagˇ s pour autant que les autres crit¸ res de choix soient satisfaits.




Sazbon, Iran




Karun IV, Iran



BarragesGénéralités Karun III, Iran, 205 m




Sta Maria, Grison




Les Toules, Valais




Karun III, Iran, 205 mZillergründl, Autriche





Type de barrage

Type de barrage

Critères







Risque sismiqueRisque sismique

Les plus résistants aux sollicitations dynamiques sont :barrages-voûtes et les barrages poids-voûtes, de part leur hyperstaticité.Les barrages en enrochement à noyau central argileux, de part leur capacité àsupporter de grandes déformations.

Barrages poids: résistance aux sollicitations horizontales transversales est faible. Améliorée si les joints sont remplis de coulis de ciment et si ces joints présentent une surface supportant le cisaillement (joints avec des décrochements).Les barrages à contreforts: peu résistant pour les sollicitations transversales, mieux avec l'élargissement des âmes des contreforts à l'aval pour les rendre jointives.Les barrages en enrochement à masque: l'élément étanche est fragile.





Type de barrage

Type de barrage

Critères







Reconnaissances géologiquesReconnaissances géologiques

MOYENS RESULTATS

Photos satellites morphologiePhotos aériennes tectonique

Reconnaissance morphologie, carte de la géologie de la surface de surface

Méthodes géophysiques coupes géologiques (résistivité, vitesse des ondes)

ForagesPuits lithologieTranchées stratigraphieGaleries tectonique




Travaux de reconnaisancesGéologie• Observation à la surface

• Géophysique– Couverture terrain meuble

– Stratigraphie

– Failles

• Forages– Profils géologiques

– Fracturation

– Couverture par rocher altéré

Géologie et géotechniqueGéologie et géotechnique

• Tranchées et puits

– Profil géologique

– Failles, fissuration, etc.

• Galeries

– Profil géologiques

– Failles, fissuration




Géologie et géotechniqueGéologie et géotechnique

Travaux de reconnaisancesGéotéchnique• Forages Rocher

– carottage– RQD Rock Quality Designation, taux de pièces > 10 cm, indice de fissuration– Dilatometer E– Essais Lugeon perméabilité– Résistance à la compression / traction / au cisaillement (échantillon en laboratoire)– Contraintes initiales (over coring, hydraulic jacking)

• Galeries massif rocheux• Essais au verin plat E, σo• Essais à la plaque E• Essais au cisaillement τ




Géotechnique (sol et roche)Géotechnique (sol et roche)

FONDATIONS MATERIAUX DECONSTRUCTION

Tassements (solDéformations (roche)PerméabilitéSécurité à la ruptureAltération

GranulométrieTeneur en eau naturelleComportement au compactagePerméabilitéTassements/consolidationsStabilitéDurabilité

RENSEIGNEMENTS REQUIS




GéologieGéologie a) rocher de bonne qualitˇ • Module d'ˇlastic itˇ ER > 8000 MPa ; • Les galeries de reconnaissance sont creusˇ es presque sans

mesures de sout¸ nement (localement des boulons et du bˇt on projetˇ ).

>>> tous les types de barrages sont posssibles

b) rocher de moyenne qualitˇ • Module d'ˇlastic itˇ ER compris entre 4000 et 8000 MPa ; • Les galeries de reconnaissance sont creusˇ es sans mesures de

sout¸ nement. >>> tous les types de barrages sauf les barrages-vo˛ tes

c) rocher de mauvaise qualitˇ : barrages en remblai • Module d'ˇ lasticitˇ ER < 4000 MPa ; • Le creusement des galeries de reconnaissance nˇ cessite des

mesures de sout¸ nement particuli¸ res (cintres mˇ talliques, bˇt on projetˇ ).





Type de barrage

Type de barrage

Critères








Granulats de béton : graviers d'alluvions, sans matériaux organiques, granulats roulés; év. granulatsconcassés

Matériaux des corps d'appui : alluvions, moraines (si la fraction de fines n'est pas trop importante) pour les digues en terre: rocher concassé de carrière pour les

barrages en enrochementsMatériaux de filtre : alluvions, év. matériaux de carrière (lavage)Rip-Rap (protection de surface) : blocs de rocher résistant à l'altérationMatériaux de noyau : matériaux argileux, moraines, argilesCiment : non disponible sur le site, transport!

Matériaux de construction




Choix du type de barrage - Maîtrise des cruesChoix du type de barrage - Maîtrise des crues

Jiroft, Iran5000 m3/s




Wolwedans, Afrique de Sud




Mantaro, Pérou




Al Massira, Maroc




Minab, Iran




Chatelôt, Neuchâtel, 74 m




Contra, Tessin, 220 m



BarragesGénéralités Ova Spin, Grison, 73 m




Enguri, Géorgie, 286 m



BarragesGénéralités Cabora Bassa, Mozambique, 8 x 1625 m3/s




Cabora Bassa, Mozambique, 8 x 1625 m3/s




Schiffenen, Fribourg, 47 m




Sir, Turquie, 120 m




Ostour, Iran, 12’000 m3/s




Karun III, Iran, 205 m




Foz do Areia, , Brésil, 160




Itaipu, Brésil,




Tarbela, Pakistan




La Grande 2, Canada




La Grande, Canada



BarragesGénéralitésEl Makhazzine, Maroc




Études préliminaires(coûteuses)

Hydrologie, hydrogéologieGéologie, géotechniqueTopographie, géographieScience des matériauxBiologie, chimieÉconomie hydraulique,énergétique, ruraleSociologie, politiquede développementDroit public, etc…

Travaux de reconnais--sance approfondie

Particularités de la construction des barragesParticularitésParticularités de la construction des barrages

Dimension Impact sur l’environnement

Structures exceptionnelles

Moyens nécessairespour la réalisation

Problème de logistiqueet d’organisation duchantierÉtude de l’accès, del’approvisionnement,des installations dechantier, des équipe--ments, de la qualifi--cation de la maind’œuvre, campusDurée du chantier

Grande quantitédes matériauxnécessaires

Influence sur la duréedu chantierInfluence sur le modede constructionDépendance desconditions hydrolo--giques et météorologiques

Sécurité avant tout

Dès la conception et durant toutela vie de l’ouvrageContrôlesSurveillancesAuscultations




Etudes importantes et coûteusesReconnaissances: topographie, géologie, géotechnique et impact sur l’environnement

Réalisation = problème de logistiqueAccès, alimentation du chantierInstallations fixesEquipementsMain d’œuvreDurée du chantier ( plusieurs années)

Mise en place de grandes quantités de matériauxLa durée du chantier est influencée par les méthodes de construction

Exigences de la sécuritéContrôles, surveillances et auscultations

Particularités de la réalisation des barragesParticularités de la réalisation des barrages




Itaipu, Brésil




Etudes importantes et coûteusesReconnaissances: topographie, géologie, géotechnique et impact sur l’environnement.

Réalisation = problème de logistiqueAccès, alimentation du chantier.Installations fixes.Equipements.Main d’œuvre.Durée du chantier ( plusieurs années).

Mise en place de grandes quantités de matériauxLa durée du chantier est influencée par les méthodes de construction

Exigences de la sécuritéContrôles, surveillances et auscultations

Particularités de la réalisation des barragesParticularités de la réalisation des barrages




Punt dal Gall, Grison




Karun III, Iran




Mauvoisin, Valais




Göscheneralp, Uri



BarragesGénéralités El Makhazzine, Maroc




El Makhazzine, Maroc




Barrage-poidsBarrage-poids

Avantages et inconvénients de divers types de barragesAvantages et inconvénients de divers types de barrages

Avantages:Faibles contraintes dans le béton.Faibles contraintes transmises par la fondation au rocher.Les variations de températures ne produisent que de faibles variations de contraintes.L'évacuateur de crue peut facilement combiner avec le barrage (diriger les crues directement par dessous).Le gradient des sous-pressions à travers la fondation est faible.

Inconvénients:Les sous-pressions sont importantes dans la fondation.Moyen risque de tassement.Le volume du béton est important (pour le barrage-poids évidé, il est plus faible).Le volume d’excavation de la fouille est important. Fragilité au séisme (si les joints entre les blocs ne sont pas faits par injections).L'échauffement du béton par la prise du ciment est assez problématique.




Barrages à contrefortBarrages à contrefort


Avantages:Les contraintes transmises par la fondation au rocher sont moyennes.Les sous-pressions au niveau de la fondation sont faibles.Le volume du béton est faible. L’échauffement du béton est faible.Les risques de tassements sont moyens.

Inconvénients:Très susceptible au séisme. La résistance à l'accélération latérale est presque non-existante.La fouille est importante.Le gradient des sous-pressions au niveau de la fondation est localement très élevé.Les contraintes dues au gradient de température peuvent devenir importantes à la tête du contrefort.




Barrage à voûtes multiplesBarrage à voûtes multiples


Avantages:Le volume du béton est faible.La fouille est assez petite.Les sous-pressions au niveau de la fondation sont faibles.L'échauffement du béton est très faible pendant la construction.

Inconvénients:Les contraintes sont importantes dans les voûtes. Grand risque de tassements. Les contraintes de température peuvent être très grandes.Très susceptible au séisme. La combinaison du barrage avec l'évacuateur de crue est difficile.Les sous-pressions dans les fissures du rocher peuvent provoquer des glissements d’appuis.La structure est très vulnérable (attentats, guerre).




Barrage à voûtesBarrage à voûtes


Avantages:Le volume du béton est faible.

La fouille est assez petite.La résistance au séisme est haute.Les sous-pressions au niveau de la fondation sont faibles (la surface de la fondation est petite).

Inconvénients:Les contraintes sont importantes dans le béton et dans le rocher.Les forces sont transmises obliquement dans les appuis.Moyen risque de tassements. L'échauffement du béton par la prise du ciment est à considérer.L'intégration de l’évacuateur de crues (grands débits) dans le barrage est difficile.Le gradient des sous-pressions au niveau de la fondation est très grand.Les sous-pressions dans les fissures du rocher peuvent provoquer des glissements d ’appuis.




Digue en terre/ Enrochement à noyauDigue en terre/ Enrochement à noyau


Avantages:Le corps du barrage est très flexible et adaptable aux conditions du terrain.Peu susceptible aux tassements et aux séismes.Petite à moyenne fouille. La digue n'est pas forcement fondée sur un rocher sain.La compression du sol est faible.Le gradient des sous-pressions au niveau de la fondation ou du noyau est faible.

Inconvénients:Mise en place de grands volumes de matériaux.Le remblai du noyau en argile est influencé par les conditions atmosphériques (climat pluie).




Digue à masque amont ( béton ou bitumineux)Digue à masque amont ( béton ou bitumineux)


Avantages:Le corps du barrage est très flexible et adaptable aux conditions du terrain.Les tassements limités sont tolérables.Pas très susceptible au séisme. Au dessous du masque, un système de drainage performant est nécessaire à cause de la fissuration.Le volume des déblais est moyen.Le masque doit être connecté au rocher (directement ou par une parafouille).La compression du sol est faible.

Inconvénients:Mise en place de grands volumes de matériaux.Le gradient est très élevé près de la connexion entre le masque et le rocher (plinthe).

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