Ce document intitulé "Cours de Barrages" est destiné aux étudiants de l'Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (USTHB). Il couvre les notions suivantes:
- Généralités sur les barrages
- Barrages poids
- Barrages à contreforts
- Barrages voûtes
- Barrages en terre
Le cours est dispensé par le Professeur BAHAR Ramdane et comprend des éléments théoriques et pratiques sur les différents types de barrages, leurs principes de fonctionnement et leurs applications.
Cours Barrages Poids USTHB -Barrage
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Unité d’enseignement : UED 1.1
VHS : 22h 30 (cours : 1h30, TD: 1H30) Crédits : 2 / Coefficient : 2
Barrage Beni Haroun
BAHAR Ramdane Professeur, USTHB
C o u r s d e b a r r a g e s 2020 bahar_rm@yahoo.fr rbahar@usthb.dz / 2021
Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (USTHB)
–Département Géotechnique et HydrauliqueFaculté de Génie Civil
Contenu du cours
M1-VOA
- 1 Généralités sur les barrages
- 2 Barrages poids
- 3 Barrages à contreforts
- 4 Barrages voûtes
- 5 Barrages en terre
Chapitre 2 : Barrages poids
Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (USTHB)
Faculté de Génie Civil –Département Géotechnique et Hydraulique
M1-VOA Pr. BAHAR Ramdane. – USTHB
Généralités et définitions
Forme générale d’un barrage poids
Barrages poids (barrages gravitaires)
Le barrage poids est l’un des types les plus anciens et il en existe un grand nombre dans les pays industrialisés. Construits en maçonnerie jusqu’au XIXe siècle puis en béton au début du XXe.
Barrage poids de Génissiat (France)
Barrage de Ternay (France)
Barrages poids en béton (barrages gravitaires)
Ces barrages sont des structures de béton lourdes et massives en forme de mur triangulaire dans lesquelles tout le poids agit verticalement vers le bas. Comme toute la charge est transmise sur la petite zone de fondation, ces barrages sont construits là où les roches sont résistantes et stables.
Barrages Poids
De forme massive et triangulaire, résistent à la poussée de l'eau grâce à leur poids.
Coupe type d’un barrage-poids
Stabilité provient du poids du barrage. Utilisés dans les vallées larges. Forme fréquente: triangle allégé par des arcades ou des niches.
Barrages Poids en Béton
Ils ont connu une certaine désaffection en raison de leur volume et de leur coût relatif, jusqu’au développement récent de la technique du béton compacté au rouleau (BCR) qui leur a donné une nouvelle jeunesse depuis 1980.
Principe d’un barrage poids
Le poids propre s'oppose à la poussée de l’eau par le frottement résultant.
Forces agissant sur les barrages
Pour concevoir un barrage, diverses forces doivent être prises en compte pour assurer sa sécurité. Les forces les plus importantes sont:
- Poids du barrage
- Pression de l'eau
- Soulèvement
- Pression des vagues
- Forces sismiques
Sollicitations agissant sur un barrage poids - Forces et actions
Poids du barrage
Le poids du barrage est la principale force de résistance. La longueur unitaire du barrage est à considérer. Le poids total du barrage agit au centre de gravité de cette section.
Le poids du barrage est calculé comme suit:
W = γb.V
γb: Poids spécifique du matériau (béton) de la digue
V : Volume du barrage
W = W1 + W2 + W3
Pression de l'eau
La pression de l'eau agit perpendiculairement à la surface du barrage et est calculée par unité de largeur comme suit:
P = γw.h
γw : Poids spécifique de l'eau
h : Hauteur de l'eau
Pression de Soulèvement / Sous pression
La pression de soulèvement est la pression ascendante exercée par l'eau qui s'infiltre à travers le corps du barrage ou de sa fondation. Les eaux de suintement exercent une pression sur la base du barrage et cela dépend de la hauteur d'eau.
Les barrages sont soumis à une force de soulèvement sous sa base. Le soulèvement agit à la hausse.
U = γw.h.B
B : Largeur de la base du barrage
Répartition des sous pressions
Mesure de réduction des sous pressions
Pression des vagues
La partie supérieure du barrage (au-dessus du niveau de l'eau) est soumise à l'impact des vagues. La pression de vague maximale par unité de largeur est:
Pv = 2.4γw.hv
hv: Hauteur de la vague.
Forces sismiques
Les barrages sont soumis aux vibrations lors des tremblements de terre. La vibration affecte à la fois le corps du barrage et l'eau du réservoir derrière le barrage. Les forces de vibration sont fonction à la fois de l'intensité (échelle de Richter) et de sa durée. L'effet le plus dangereux se produit lorsque la vibration est perpendiculaire à la face du barrage.
FORCES DU CORPS DE BARRAGE:
La force corporelle agit horizontalement au centre de gravité et est calculée comme suit:
Pem= αW
α est le coefficient sismique, pris égal à 0.2 pour des considérations pratiques
W : Poids du barrage.
Force de l'eau
La vibration de l'eau produit une force agissant horizontalement sur le barrage;
Pew = Ce.α.h
Ce est un coefficient (0.82)
h est la hauteur de l’eau
Analyse pseudo-statique
Poussée de Westergaard
k le coefficient pseudo-statique adimensionnel
γw le poids volumique de l'eau ;
h la profondeur de la retenue ;
y la profondeur considérée.
Poussée des sédiments
Le limon se dépose contre la face amont du barrage. Si h est la hauteur du limon déposé, la force exercée par ce limon en plus de la pression externe de l’eau peut être :
Psed = γséd.h.Ka
Elle agit à h/3 de la base.
Exemple:
Calculer les forces agissant sur le barrage ci-dessous si :
γm = 2.5 t/m3, γw=1 t/m3, hv = 1.5 m 6 m 33 m 10 m 30 m 24 m
- 1. Poids du barrage
- W1=2.5 * 6 * 40 = 600 t
- W2=2.5 *0.5*18*30 = 675 t
- 2. Poussée de l’eau
- P = 0.5 * 1.0 * (33)2 = 544.5 t
- 3. Sous pression
- U = 0.5 * 1.0 * 33 * 24 = 396 t
- 4. Pression des vagues
- Pw = 2.4 * 1.0 * 1.5 = 3.6 t
- 5. Forces sismiques
- a. Corps du barrage
- Pem1= 0.1 * 600 = 60 t
- Pem2= 0.1 * 675 = 67.5 t
- b. Forces de l’eau
- Pew=(2/3)*0.82*0.1*(33)2 = 59.55 t
3. Vérification de la stabilité du barrage poids
4. Stabilité du barrage poids
3. Action sismique
L’action sismique horizontale est décrite par deux composantes orthogonales supposées indépendantes et représentées par le même spectre de réponse. La composante verticale de l’action sismique est décrite par un spectre de réponse différent.
La définition complète de l’action sismique de calcul nécessite en définitive la connaissance des paramètres suivants :
- l’accélération maximale, horizontale et verticale, sur un site de référence rocheux ;
- la classe de l’ouvrage ;
- le type de sol de fondation ;
- la forme du spectre de réponse élastique, horizontal et vertical, qui dépend de la
3.1. Méthode pseudo-statique
Dans le cadre d'un calcul simplifié, l'approche pseudo-statique est utilisée : le chargement dynamique est représenté par l'application de forces statiques jugées équivalentes aux efforts dynamiques maximaux supportés par l'ouvrage. Les forces d'inertie sont celles d'un solide rigide soumis à l'accélération maximale au sol.
3.1. Analyse pseudo-statique d’un barrage poids
Analyse pseudo-statique
Force d’inertie du barrage
Force d’inertie de l’eau
Analyse pseudo-statique
Poussée de Westergaard
k le coefficient pseudo-statique adimensionnel
γw le poids volumique de l'eau ;
h la profondeur de la retenue ;
y la profondeur considérée.
Force d’inertie de l’eau
3.2. Analyse dynamique
(Indispensable si a > 0.15 g)
Prendre en considération un système de forces variables dans le temps et en tenant compte des effets d'inertie et d’amortissement.
Méthode des éléments finis
- La réponse du barrage (en termes de déplacements, vitesses, accélérations, contraintes et déformations)
- Interaction réelle sol-barrage.
- Interaction réelle eau-barrage.
3.3. Sécurité en cas de séisme
4. Principe d’un barrage poids
Le poids propre s'oppose à la poussée de l’eau par le frottement résultant.
4. Principe d’un barrage poids (suite)
Chaque élément (bloc, plot) est stable, on ne considère aucun effet de voûte ou bi-directionnel.
4. Principe d’un barrage poids (suite)
Pour le cas de charge normal, l'état de contraintes doit être partout en compression (donc aucune armature).
4. Principe d’un barrage poids (suite)
Exigences à l'interface barrage sol - Fondation sur rocher
- Déformation limitées
- Etanchéité
Mode de construction d’un barrage poids
Etape de bétonnage
Joint d’étanchéité
5. Amélioration de la sécurité au glissement
Amélioration de la sécurité au glissement
6. Avantages et inconvénients
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.
FAQ
1. Qu'est-ce qu'un barrage poids?
Un barrage poids est un type de barrage qui résiste à la poussée de l'eau grâce à son propre poids. Il est construit en béton et a une forme massive et triangulaire.
2. Quelles sont les forces agissant sur un barrage poids?
Les forces agissant sur un barrage poids incluent le poids du barrage, la pression de l'eau, le soulèvement, la pression des vagues et les forces sismiques.
3. Quels sont les avantages et inconvénients des barrages poids?
Les avantages des barrages poids incluent de faibles contraintes dans le béton et une faible transmission de contraintes à la fondation. Les inconvénients incluent des sous-pressions importantes dans la fondation et un risque de tassement.