EP0435732A1 - Déversoir évacuateur de crues pour barrages et ouvrages similaires - Google Patents

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EP0435732A1
EP0435732A1 EP90403593A EP90403593A EP0435732A1 EP 0435732 A1 EP0435732 A1 EP 0435732A1 EP 90403593 A EP90403593 A EP 90403593A EP 90403593 A EP90403593 A EP 90403593A EP 0435732 A1 EP0435732 A1 EP 0435732A1
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EP
European Patent Office
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level
threshold
predetermined level
predetermined
spillway
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EP90403593A
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German (de)
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EP0435732B1 (fr
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François Lemperiere
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GTM Entrepose SA
Original Assignee
GTM Batiment et Travaux Publics SA
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Publication of EP0435732A1 publication Critical patent/EP0435732A1/fr
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B7/00—Barrages or weirs; Layout, construction, methods of, or devices for, making same
    • E02B7/16—Fixed weirs; Superstructures or flash-boards therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B8/00—Details of barrages or weirs ; Energy dissipating devices carried by lock or dry-dock gates
    • E02B8/06—Spillways; Devices for dissipation of energy, e.g. for reducing eddies also for lock or dry-dock gates

Definitions

  • the present invention relates to a spillway spillway for dams and similar structures, of the type comprising a spillway threshold whose crest is located at a first predetermined level lower than a second predetermined level corresponding to a maximum level or highest water level , for which the dam is designed, the difference between said first and second levels corresponding to a predetermined maximum flow of an exceptional flood, and a mobile rise closing the weir.
  • the barrier with free overflow threshold offers compared to a work provided with valves the best safety vis-a-vis the hydrological hazard, which remains one of the major risks for the dams.
  • valve systems which close the overflow threshold when the valves are closed.
  • the valves of whatever nature, conventional or inflatable, of automatic or manual operation, are generally of a fairly high investment cost and they require periodic maintenance and maneuvers. They also require continuous human monitoring or a controlled mechanism reacting to the water level of the reservoir, a mechanism which is often expensive and sophisticated and which is never completely immune to failure.
  • the operational safety and reliability of a gated structure is lower than that of a structure with a free overflow threshold (not gated).
  • said rise comprises at least one substantially vertical plate-shaped rise element, which is held at its base by an embedding on the weir threshold and which has, relative at the threshold, a predetermined height smaller than the difference between the first and second predetermined levels, said predetermined height corresponding, for a water level substantially equal to said maximum level, to an average flood having a predetermined flow lower than said predetermined maximum flow , said raising element having, at the level of the embedding, a thickness such and being made of a material having an elastic limit such as the moment of the pushing forces applied by the water to the rising element reaches its embedding resistant moment and as a consequence said rising element bends around an embedding line, when the water reaches a third predetermined level higher than the top of the increase element, but at most equal to the second predetermined level.
  • the storage capacity of the dam is increased by an amount corresponding to the height of the raising element or elements.
  • the raising element (s) can be manufactured at a very moderate cost compared to the valves and, in the case where they are installed on the overflow threshold of an already existing dam, this installation can be done without the need for d '' make major modifications to the overflow threshold of the dam as we will see below.
  • the plate forming each raising element can be engaged in a groove provided in the threshold itself or in a mounting piece rigidly fixed to the threshold.
  • the plate forming each raising element may have, in transverse vertical section, a substantially L-shape and its horizontal branch may be rigidly fixed to the threshold, for example by a bolted connection of the embedding type. Sealing at the base of the plate can be ensured by filling the embedding groove with a suitable filling material, or by a suitable seal or by both.
  • seals can also be arranged between the vertical edges of the plates
  • the invention can be applied both to the spillway of an existing dam and to that of a dam under construction.
  • the crest of the overhanging threshold is preferably leveled at a level lower than said first predetermined level and the one or more rising elements are embedded on the leveled threshold.
  • the storage capacity of the dam can be kept equal to that it had before the overflow threshold was lowered, or it can be increased depending on whether the elevating element or elements are given a height such as their sound or their vertex finds at said first predetermined level, or at a level higher than this, but lower than said third predetermined level.
  • each riser or a group of risers can be dimensioned so as to bend for a predetermined water level lower than that at which another element or group of risers rise will fold, the latter itself being dimensioned so as to fold for a lower water level than that to which a third element or group of rise elements will fold, and so on. In this way, a progressive increase in the evacuation capacity is obtained, if necessary, depending on the extent of the flood.
  • Figure 1 is a perspective view showing a structure, such as a dam, and its outlet spillway floods with a free discharge threshold, to which the invention can be applied.
  • Figures 2a and 2b show, in vertical section and on a larger scale, the crest of the free overflow threshold of the dam of Figure 1 for two different water levels.
  • Figure 3 is an elevational view of the weir of Figure 1, seen from the downstream side and equipped with a fusible link according to the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of the weir of FIG. 3.
  • Figure 4a is a view similar to that of Figure 4, showing another possible arrangement of the elements of the fusible link according to the invention.
  • FIG. 5 shows, on a larger scale, a horizontal section of a seal that can be used between two adjacent elements of the riser of FIGS. 3 and 4.
  • Figures 6 and 7 show, on a larger scale and in vertical section, two embodiments of the embedding of the rising elements.
  • FIGS. 8a to 8e are views in vertical section making it possible to explain the operation of the fuse riser of the present invention, before, during and after the passage of a flood.
  • Figures 9a and 9b are graphs showing the forces which, in service, can be applied to a riser according to the present invention.
  • FIG. 10 is a graph representing the variations of the moments of the driving and resistant forces as a function of the height of water above the overflow threshold, as well as the variations of the flow of water discharged as a function of the height of the overflow blade.
  • FIG. 11 is a vertical sectional view showing a lifting element of the present invention, with which a folding trigger device is associated.
  • FIGS. 12a to 12c show, on a larger scale, various protective devices which can be provided at the upper end of the trigger device of FIG. 13.
  • Figures 13a to 13c are cross-sectional views for comparing the maximum heights of overflow blades in the case of the present invention for risers having different heights ( Figures 11a and 11b) and in the case of a threshold known free discharge ( Figure 11c).
  • FIGS. 14a to 14d are views in vertical section making it possible to explain the operation of a double fusible riser according to another embodiment of the invention.
  • Figures 15 to 17 show, in vertical section, other embodiments of a raising element according to the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a detail of the raising element in FIG. 17.
  • the structure 1 shown in FIG. 1 can be an embankment dam or a concrete or masonry dam.
  • the invention is not limited to the type of dam shown in FIG. 1, but that, on the contrary, it can be applied to any type of known dam with a free overflow threshold. .
  • the reference number 2 designates the crest of the dam, the number 3 its downstream facing, the number 4 its upstream facing, the number 5 a spillway spillway, the number 6 the weir threshold 5 and the number 7 an evacuation channel.
  • the spillway 5 can be located in the central part of the dam 1 or at the end of it or even excavated on a bank without this altering the possibility of using the invention.
  • the level RN of the normal reservoir in operation is that of the crest 8 of the overflow threshold 6. This level RN determines the maximum volume of reservoir that can be kept by the reservoir formed by the dam.
  • the vertical distance R, called revenge, between the crest 8 of the weir and the crest 2 of the dam is the sum of two terms, namely, on the one hand, an increase h1 in the water level due to a flood, up to a maximum level RM or highest water level (PHE), allowing the discharge of the maximum flood (figure 2b) for which the structure is dimensioned, and, on the other hand, an additional height h2 intended to protect the ridge 2 of the dam against the oscillations of the water level at its maximum level RM (effect of wind, waves, etc.)
  • the reservoir portion located between the normal retention level RN and the maximum level RM is not stored and is therefore lost for operation.
  • One of the aims of the invention is to enable the level of normal exploitation of the reservoir to be raised almost permanently, and therefore to increase its storage capacity, except during the passage of exceptional floods.
  • the invention provides for fixing by embedding on the overhanging threshold 6 a rise 10, constituted by at least one element 11, in the form of a plate, for example five elements 11a-11e as shown in FIGS. 3 and 4 , said rise 10 or the rise elements 11 being able to resist, without breaking, the water load corresponding to a moderate spill (allowing the passage of the most frequent floods) and being rendered fusible by folding around a installation line for a predetermined water load corresponding to a level N at most equal at the maximum level RM and then allowing the passage of the strongest floods.
  • a rise 10 constituted by at least one element 11, in the form of a plate, for example five elements 11a-11e as shown in FIGS. 3 and 4 , said rise 10 or the rise elements 11 being able to resist, without breaking, the water load corresponding to a moderate spill (allowing the passage of the most frequent floods) and being rendered fusible by folding around a installation line for a predetermined water load corresponding to a level N at most equal at the maximum level
  • the number of elevating elements 11 is not limited to five elements as shown in Figures 3 and 4, but may be smaller or larger depending on the length of the weir 5 (measured in the longitudinal direction of the dam) .
  • the number of elevating elements 11 is chosen so as to obtain low unit masses allowing easy installation and replacement of said elevating elements.
  • a conventional seal 13 for example made of rubber, is provided at each of the two ends of the riser 10 between it and the lateral flanks 14 of the weir 5.
  • seals 13 (FIG. 5) are also provided between the vertical lateral edges, two by two facing each other, adjacent elevation elements 11 as is also visible in FIG. 4. All the seals 13 must be such that they do not prevent the folding of the elevating elements 11 relative to one another and relative to the lateral flanks 14 of the weir 5 when it is made necessary for the evacuation of a flood. important.
  • Each elevating element 11 is constituted by a plate made of a metal (suitably protected against corrosion) or other material capable of being folded. At its lower end, the plate 11 can be engaged in an embedding groove 12 formed in the threshold 6 of the weir 5, the groove 12 having a width slightly greater than the thickness of the plate 11 as shown in the figures 6 and 7.
  • the seal at the base of the plates 11 can be ensured by a seal 15 disposed between the threshold 6 and the lower part of the plates 11, for example on the upstream side thereof, and / or by a filling material 16, such as by example of sand, put in the groove 12 on either side of the plates 11.
  • the embedding line 17 around which the elevation elements 11 will bend can be materialized by a support member, continuous or disconstinu, disposed on the downstream side of the elevation elements 11; said support member may be constituted by a longitudinal bar 18, fixed to each elevating element 11, or by a spoiler 19 fixed to the masonry of the threshold 6 in the region of the downstream edge of the groove 12.
  • the elevating elements 11 may comprise, in one or both of their faces, at the level of the embedding line 17, a weakening (not shown) in the form of a groove, continuous or discontinuous, which facilitates the folding of the raising element 11 around the line 17 under a predetermined force.
  • the crest line of the rise 10 is no longer straight, but broken, in a crenelation, so that the length of discharge over the rise 10 is notably increased, which allows, as will be seen below, for a given water level and a given evacuation rate, to reduce the height (thickness) of the overflow blade, therefore to increase the height of the rise and consequently further increase the water storage capacity of the dam .
  • the increase 10 of the present invention makes it possible to raise the level of the normal retention of the level RN (level of the normal retention of the free overflow threshold 6, that is to say without the increase 10) up to level RN ′ corresponding to the height of the rise 10 above the threshold 6.
  • each rise element 11 is dimensioned so as to resist bending for a water load less than a predetermined level N, itself at most equal to the maximum level RM already mentioned above.
  • said predetermined level is equal to the RM level
  • the water level remains below the RM level for low or medium-level floods and is between the RN ′ and RM levels, the water pours over the rise 10 as shown in figure 8b, without the rise being destroyed.
  • the water level drops to the RN ′ level or to a lower level if water is drawn into the reservoir.
  • the risks of malfunction due to floating bodies can be easily eliminated by upstream protection using conventional techniques adaptable to each particular case.
  • the protection can for example be constituted by floating lines on the reservoir, at a certain distance upstream from the weir, or by stop devices fixed on the upstream facing of the dam.
  • the dams and overflow weirs are sized so that the level of the lake (level of the reservoir) reaches the maximum level RM for the exceptional flood envisaged (project flood).
  • This flood may for example be the flood occurring only one year in a thousand (millennial flood).
  • the flow of this project flood is for example 200m3 / s and that the free spillway threshold 6 is 40 m long.
  • the height H of the water layer necessary to evacuate the flow of the project flood corresponds to 5m3 / s per linear meter of threshold.
  • the level of the threshold 6 of the weir 5 is leveled 2 m below the maximum level RM to allow the evacuation of the millennial flood, and we lose therefore a useful volume of water corresponding to a 2 meter section.
  • the level of the normal reservoir RN ′ is raised to 1.20 m above the level of the normal reservoir RN of the overflow threshold 6 free, that is to say without the elevating elements 11.
  • elevation elements 11 having a height greater than 1.2m the height of the admissible sheet of water will be less than 0.8m and it will be necessary to allow the destruction of the elevation elements, for example every 10 years, but the level of normal restraint will be further increased.
  • elevation elements 11 having a height smaller than 1.2m we can admit a sheet of water having a height greater than 0.8m, the elevation elements being then destroyed only all 50 or 100 years, but the level of normal withholding will then be lower than in the previous cases.
  • the choice of the height of the elevating elements 11 is therefore essentially an economic choice. It is probably desirable in general to fix at approximately 20 years the time interval between two successive total destructions of the fusible surge, which would lead to a theoretical height of 1.2 m of the elements of surge in the example considered here.
  • the destruction of the first element 11c by a medium-sized flood may be sufficient for the flow of the flood without additional rise in the water level, which avoids the destruction of the other elements 11a, 11b, 11d and 11e .
  • the margin of 10 cm which is thus taken is added to the maximum permissible overhanging blade height, so that the height of the rising elements and, consequently, the slice of water gained (RN′-RN) becomes equal at 1.1m (2m-0.8m-0.1m) in the example considered here.
  • the folding of the elevation element or elements 11 and, consequently, their destruction depends on the balance between, on the one hand, the motor moment Mm, that is to say the moment of the forces which tend to bend the rising element considered, and, on the other hand, the resistant moment Mr, that is to say the moment of the forces which oppose the folding of said rising element to the embedding. If a trigger device, directly linked to the water level, is not provided to trigger the folding of the raising element with precision for a predetermined water level, the water height corresponding to the above-mentioned equilibrium cannot be fixed only with a margin of uncertainty of up to 0.2m.
  • the flow rate of 50m3 / s considered in this example to reduce the height of the maximum permissible overhanging blade before folding the lifting elements to less than 0.8m, by ensuring that the crest line of the elements 11 of the rise 10, considered together, is no longer disposed parallel to the crest of the overflow threshold 6, but along a non-rectilinear line, for example a broken line as shown in FIG. 4a, to lengthen the length of discharge of the flow mentioned above. If this length is doubled, the flow of 50m3 / s is then distributed over 80m instead of 40m and the height of the corresponding maximum admissible blade is reduced from 0.8m to 0.5m. This allows, all other things being equal, to raise the height of the elevating elements 11 by 0.3 m and to consequently increase the volume of water stored in the reservoir.
  • Figures 9a and 9b show the forces which, in service, can be applied to a riser 11 of the present invention.
  • the element 11 in the form of a plate, has a thickness e and a height H les above the threshold 6.
  • RM designates as before the maximum level
  • H2 denotes the height of the maximum permissible overhanging blade above the raising element 11
  • z denotes the water level.
  • the driving forces, which tend to bend the raising element 11, are the thrust P of water on the upstream face of the raising element 11.
  • the resistant forces, which oppose the folding of the elevating element 11, are the inherent resistance of the elevating element 11.
  • ⁇ w is the density of water and ⁇ a is the elastic limit of the material used for the construction of the rising element, for example steel.
  • a ′ the variations of the resistant moment Mr ′ as a function of z in the case where the rising element 11 is composed of two adjoining plates 11 and 21 of different heights , the seal between these two plates being ensured by a seal 22 as shown in FIG. 11.
  • the two plates 11 and 21 can be embedded in the same groove 12, in which case a spacer 23, continuous or discontinuous, can be provided between themassured by a seal 22 as shown in Figure 11.
  • the two plates 11 and 21 may be embedded in the same groove 12, in which case a spacer 23, continuous or discontinuous, may be provided between the two plates at the bottom, or they can be embedded in different grooves
  • This triggering device essentially consists of a vent pipe 24 which, in normal service, places the space between the plates 11 and 21 in relation to the atmosphere, the upper end 24a of the pipe vent 24 being located at a level N equal to the level for which it is desired that the folding of the plate 11 occurs.
  • the pipe 24 can be bent and pass through the plate 21 as shown in FIG. 11.
  • An orifice 25 having a smaller cross-section than that of the pipe 24 is provided at the lower part of the downstream plate 11, near the threshold 6 , to evacuate the space between the plates 11 and 21 the water due to possible leaks at the joint 22 or the water which could enter through the upper orifice of the pipe 24, because of the waves, before the level of water has actually reached level N.
  • vent pipe 24 is associated with each rising element and each pipe 24 extends upwards to a level N equal to the level N1 or N2 or RM for which the corresponding element must bend.
  • each vent pipe 24 can be equipped with a device for protection against floating bodies, so as not to be blocked by them, or with a device for protection against waves, so that one or more successive waves do not inadvertently trigger the folding of the plate 11.
  • Such protection devices are shown in Figures 12a to 12c.
  • the protection device of FIG. 12a essentially consists of a funnel 26, the upper edge 26a of which is at a level higher than the level N and which has at least one small hole 27 at a level lower than the level N.
  • the protection device consists of the pipe 24 itself, the upper end of which is bent in the form of a siphon 28.
  • the protection device of FIG. 12c consists of a bell 29 , which covers the upper end 24a of the vent pipe 24 and of which the vertex 29a is at a slightly higher level than the level N.
  • the overflow threshold 6 of which had been initially leveled depending on the project flood initially chosen, at a level determining the level of the normal reservoir RN (FIG. 13c), to level the threshold 6 a few decimeters below its current coast (corresponding to RN) and to embed on the leveled threshold 6 a fuse increase 10 in accordance with the present invention, composed of at least one increase element 11 dimensioned in height and thickness as described above to fold around line 17 when the water level reaches a predetermined level at most equal to the maximum level RM corresponding to the project flood.
  • the probability of opening of the increase 10 is not modified but, in the event of an exceptional flood, the flow section available after total destruction of the increase 10 is notably increased for the same water level in the reservoir, which makes it possible to safely pass a flood having a flow rate much higher than that of the flood for which the structure was originally dimensioned.
  • the height chosen for the elevating elements 11 is equal to the leveling height of the threshold 6 (FIG. 13a)
  • the plate 21 remains upright (FIG. 14c) and the normal retention level is only partially reduced (RN ⁇ instead of RN ′ before folding of the plate downstream 11). If the folding of the plate 11 was not sufficient to evacuate the flood and if the water level reaches a second predetermined level N2 (N1 ⁇ N2 ⁇ RM), the upstream plate 21 in turn folds as shown on the figure 14d. After folding of the plate 11 and, if necessary, of the plate 21 and after evacuation of the flood, the plate or plates 11 and 21 can be replaced by unfolded plates.
  • each plate 11 (or 21 or 31) forming a raising element was engaged in a groove provided in the threshold 6.
  • the plate 11 (or 21 or 31) can be engaged in a groove formed in a mounting part 32, continuous or discontinuous, which is itself rigidly fixed to the threshold 6, for example by means of bolts and threaded rods 33 sealed in the masonry of the threshold 6 as shown in Figure 15.
  • the threshold 6 is leveled at least by an amount corresponding to the height of the mounting piece 32.
  • the embedding can be carried out as shown in Figure 16.
  • the plate 11 ′ seen in vertical section, is curved in the shape of an L and its horizontal branch 11′a is rigidly fixed to the threshold 6 by a connection of the embedding type, that is to say a connection where no movement relative is only authorized, for example by means of several bolts and threaded rods 33 (only one is visible in FIG. 16) sealed in the masonry of the threshold.
  • a connection of the embedding type that is to say a connection where no movement relative is only authorized, for example by means of several bolts and threaded rods 33 (only one is visible in FIG. 16) sealed in the masonry of the threshold.
  • straight vertical plates can be used, like the plates 11 of FIGS. 8, 13, 14, 15, which are then rigidly fixed to the threshold 6 by brackets, the vertical branches of the brackets being fixed to the plates for example by welding, while that their horizontal branches can be fixed to the threshold 6 in a manner similar to that shown in Figure 16.
  • FIG. 17 shows, in vertical section, an elevation element 11 composed of two plates 11i and 11j which are removably stacked one on the other. If desired, several plates 11j can be provided and stacked one on the other. Plates 11i and 11j can be held together by at least two pairs of plates 34, one pair of which is visible in FIGS. 17 and 18, which are rigidly fixed to one of the two plates 11i and 11j and which straddle the other plate. Instead of the plates 34, it is also possible to use bars extending over the entire length of the plates 11i and 11j. A seal 35 is provided between the plates 11i and 11j and, if necessary, between the plates 11j when there are several.
  • the plates can all have the same vertical dimension or different vertical dimensions; for example, the upper plate 11j has a smaller vertical dimension than that of the plate 11i.
  • the height of the rise 10 depends on an economic choice, on the desired progressiveness in the folding of the various rise elements, on the precision of the water level at which the folding (precision which can be improved by providing a trigger device as described above with reference to Figure 11) and the shape of the peak line of the rise, line which can be straight or square.
  • the height of the resulting rising elements can vary between 0.9m and 1.5m, allowing, depending on the options taken, to gain between 45 and 75% of the slice of water which would be lost without the use of the fusible link.
  • the fusible link of the present invention makes it possible to substantially and almost permanently increase the storage capacity of a dam or other structure with a free discharge threshold, while maintaining or increasing the operational safety specific to structures with a free discharge threshold, by reliably allowing the evacuation of exceptional floods by automatic opening (folding of 'at least one element of the increase) without any monitoring or any human intervention or control device. It is also clear that the surge can be manufactured and installed on the weir sill of a dam or other structure for a lower cost than that of previously known valves, and without major modification of the weir sill.

Abstract

Afin de relever de façon quasi-permanente le niveau d'exploitation normale d'une retenue d'eau et donc d'augmenter sa capacité de stockage, sauf lors du passage de crues exceptionnelles, l'invention prévoit d'encastrer sur le seuil (6) du déversoir une hausse (10), constituée par au moins une plaque verticale (11), capable de résister, sans se rompre, à la charge d'eau correspondant à un déversement modéré (permettant le passage des crues les plus fréquentes) et rendue fusible par pliage autour d'une ligne d'encastrement (17) pour une charge d'eau prédéterminée correspondant à un niveau au plus égal au niveau maximal (RM) et permettant alors le passage des plus fortes crues.

Description

  • La présente invention concerne un déversoir évacuateur de crues pour barrages et ouvrages similaires, du type comportant un seuil déversant dont la crête est située à un premier niveau prédéterminé plus bas qu'un second niveau prédéterminé correspondant à un niveau maximal ou niveau des plus hautes eaux, pour lequel le barrage est conçu, la différence desdits premier et second niveaux correspondant à un débit maximal prédéterminé d'une crue exceptionnelle, et une hausse mobile obturant le déversoir.
  • L'état actuel de la pratique de la conception et de la construction des barrages à seuil déversant conduit à dimensionner ces ouvrages pour des conditions de crues (millénale par exemple) conduisant à des hauteurs de lame déversante importantes (de l'ordre de 1 à 5 m suivant les ouvrages).
  • A dimensionnement égal des organes d'évacuation des crues, le barrage à seuil déversant libre offre par rapport à un ouvrage muni de vannes la meilleure sécurité face à l'aléa hydrologique, qui reste un des risques majeurs pour les barrages.
  • En contre-partie, l'adoption d'un seuil déversant complètement libre conduit à une perte de la tranche de retenue utile correspondant à la hauteur maximale de la lame déversante, c'est-à-dire à la différence susmentionnée desdits premier et second niveaux prédéterminés. Cette perte peut représenter, notamment pour des ouvrages de petite ou moyenne importance, une part significative du volume utile de la retenue, (cette part pouvant atteindre ou dépasser 50%).
  • Le problème que la présente invention cherche à résoudre peut se résumer aux deux objectifs principaux suivants, qui peuvent être recherchés simultanément ou alternativement:
    • 1°/ augmenter de façon quasi-permanente la capacité de stockage d'un barrage à seuil déversant libre;
    • 2°/ maintenir et/ou accroître la sécurité de fonctionnement propre aux ouvrages à seuil déversant, en permettant de façon fiable le passage des crues exceptionnelles, tout en tolérant un déversement des crues de faible ou moyenne importance, sans intervention extérieure et sans modification majeure de l'ouvrage.
  • Divers dispositifs ont déjà été proposés et existent actuellement pour augmenter la capacité de stockage d'une retenue. En majorité, ces dispositifs sont essentiellement constitués par des systèmes de vannes, qui obturent le seuil déversant quand les vannes sont fermées. Les vannes, de quelque nature qu'elles soient, classiques ou gonflables, de fonctionnement automatique ou manuel, sont en général d'un coût d'investissement assez élevé et elles nécessitent un entretien et des manoeuvres périodiques. Elles nécessitent en outre une surveillance humaine continue ou un mécanisme asservi réagissant au niveau d'eau de la retenue, mécanisme qui est souvent onéreux et sophistiqué et qui n'est jamais totalement à l'abri d'une défaillance. Enfin, à capacité d'évacuation égale, la sécurité d'exploitation et la fiabilité d'un ouvrage vanné sont inférieures à celles d'un ouvrage à seuil déversant libre (non vanné).
  • Certains dispositifs existent, qui permettent d'augmenter temporairement la capacité de stockage d'une retenue, tels que sacs de sable ou batardeaux (également appelés flash boards). Ces dispositifs restent cependant d'une ampleur limitée et, du fait qu'ils nécessitent une intervention humaine préalable à chaque crue, ils présentent un aléa de fonctionnement important.
  • Il existe également, sur certains grands barrages en remblais, une section de digue fusible, arasée à une côte inférieure à celle du reste de l'ouvrage et fonctionnant suivant le principe de l'érosion de ses matériaux constitutifs, érosion qui est engendrée par une montée extrême du niveau de la retenue lors d'une crue d'importance très exceptionnelle. Cette digue fusible a en fait pour but d'éviter le déversement incontrôlé et catastrophique d'une crue extrême sur l'ensemble d'un ouvrage, en concentrant les effets de la crue sur une section spécialement aménagée pour se rompre par érosion et offrir ainsi une capacité d'évacuation supplémentaire. Après la rupture de la digue fusible, des travaux de réparation importants seraient nécessaires pour permettre à nouveau l'exploitation normale de l'ouvrage.
  • A la connaissance de la demanderesse, il semble donc qu'aucun dispositif existant ne réponde de manière satisfaisante aux objectifs indiqués plus haut, avec une exploitation simple et pour un coût d'investissement modéré.
  • Selon la présente invention, le problème susmentionné est résolu par le fait que ladite hausse comprend au moins un élément de hausse en forme de plaque sensiblement verticale, qui est maintenue à sa base par un encastrement sur le seuil du déversoir et qui a, par rapport au seuil, une hauteur prédéterminée plus petite que la différence des premier et second niveaux prédéterminés, ladite hauteur prédéterminée correspondant, pour un niveau d'eau sensiblement égal audit niveau maximal, à une crue moyenne ayant un débit prédéterminé plus faible que ledit débit maximal prédéterminé, ledit élément de hausse ayant, au niveau de l'encastrement, une épaisseur telle et étant fait d'une matière ayant une limite élastique telle que le moment des forces de poussée appliquées par l'eau à l'élément de hausse atteigne son moment résistant à l'encastrement et qu'en conséquence ledit élément de hausse se plie autour d'une ligne d'encastrement, quand l'eau atteint un troisième niveau prédéterminé plus élevé que le sommet de l'élément de hausse, mais au plus égal au second niveau prédéterminé.
  • Dans ces conditions, il est clair que la capacité de stockage du barrage est accrue d'une quantité correspondant à la hauteur du ou des éléments de hausse. Le ou les éléments de hausse peuvent être fabriqués à un coût très modéré par rapport aux vannes et, dans le cas où ils sont installés sur le seuil déversant d'un barrage déjà existant, cette installation peut être faite sans qu'il soit nécessaire d'apporter des modifications majeures au seuil déversant du barrage comme on le verra plus loin. Il est également clair que pour des crues d'importance moyenne, tant que le niveau de l'eau n'atteint pas ledit troisième niveau prédéterminé, lequel peut être déterminé de façon à être en pratique égal ou légèrement plus bas que ledit second niveau prédéterminé (niveau maximal ou niveau des plus hautes eaux), l'eau pourra passer par-dessus le ou lesdits éléments de hausse pour évacuer la crue, sans qu'il en résulte une destruction de la hausse et, par suite, sans qu'il en résulte une diminution de la capacité accrue de stockage du barrage. Par contre, si, dans le cas d'une crue exceptionnelle, le niveau de l'eau atteint ledit troisième niveau prédéterminé, le ou les éléments de hausse se plient automatiquement autour de la ligne d'encastrement sous la seule action des forces de poussée de l'eau, donc sans aucune intervention extérieure, redonnant ainsi au seuil déversant sa pleine capacité d'évacuation correspondant à la hauteur maximale de la lame déversante pour laquelle le barrage a été conçu.
  • A sa partie inférieure, la plaque formant chaque élément de hausse peut être engagée dans une rainure prévue dans le seuil lui-même ou dans une pièce de montage fixée rigidement au seuil. Ou encore,!a plaque formant chaque élément de hausse peut avoir, en coupe verticale transversale, une forme sensiblement en L et sa branche horizontale peut être fixée rigidement au seuil par exemple par une liaison boulonnée du type encastrement. L'étanchéité à la base de la plaque peut être assurée par remplissage de la rainure d'encastrement avec un matériau de remplissage approprié, ou par un joint d'étanchéité approprié ou par les deux à la fois. Quand la hausse est formée de plusieurs plaques juxtaposées le long de la crête du seuil déversant, des joints d'étanchéité peuvent être aussi disposés entre les bords verticaux des plaques
  • L'invention peut être appliquée aussi bien au déversoir d'un barrage existant qu'à celui d'un barrage en cours de construction. Dans le premier cas, la crête du seuil déversant est de préférence dérasée à un niveau plus bas que ledit premier niveau prédéterminé et le ou lesdits éléments de hausse sont encastrés sur le seuil dérasé. Dans ce cas, la capacité de stockage du barrage peut être maintenue égale à celle qu'il avait avant dérasement du seuil déversant, ou elle peut être accrue selon que l'on donne à ou aux éléments de hausse une hauteur telle que son ou leur sommet trouve audit premier niveau prédéterminé, ou à un niveau supérieur à celui-ci, mais inférieur audit troisième niveau prédéterminé. Quelle que soit la hauteur du ou des éléments de hausse, dans les limites indiquées ci-dessus, on obtient une sécurité plus grande qu'avec le seuil déversant non dérasé, étant donné que l'ouverture qui est obtenue après pliage du ou des éléments de hausse a une hauteur plus grande que dans le cas d'un seuil déversant non dérasé, permettant ainsi d'évacuer un débit de crue plus important que le débit maximal de la crue exceptionnelle pour laquelle le barrage avait été initialement conçu.
  • De même, dans la conception d'un nouveau barrage, on pourra adopter une plus grande différence entre les premier et second niveaux prédéterminés (ce qui contribue à augmenter la sécurité) sans craindre que celà entraîne une diminution de la capacité de stockage du barrage, étant donné que cette capacité de stockage pourra être maintenue, voire même augmentée, sans diminution de la sécurité, en prévoyant un ou plusieurs éléments de hausse conformes à la présente invention.
  • Dans le cas ou plusieurs éléments de hausse sont prévus, chaque élément de hausse ou un groupe d'éléments de hausse peut être dimensionné de façon à plier pour un niveau d'eau prédéterminé plus bas que celui auquel un autre élément ou groupe d'éléments de hausse pliera, ce dernier étant lui-même dimensionné de façon à plier pour un niveau d'eau plus bas que celui auquel pliera un troisième élément ou groupe d'éléments de hausse, et ainsi de suite. De cette manière, on obtient, si nécessaire, une augmentation progressive de la capacité d'évacuation suivant l'importance de la crue.
  • On notera également que, si un ou plusieurs éléments de hausse ont plié sous la poussée d'une crue exceptionnelle, ils peuvent être facilement et économiquement remplacés par d'autres éléments de hausse, sans avoir à effectuer des réparations importantes, après que la crue a été évacuée.
  • D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre de diverses formes d'exécution de la présente invention données à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
  • la figure 1 est une vue en perspective montrant un ouvrage, tel qu'un barrage, et son déversoir évacuateur de crues à seuil déversant libre, auquel l'invention peut être appliquée.
  • Les figures 2a et 2b montrent, en coupe verticale et à plus grande échelle, la crête du seuil déversant libre du barrage de la figure 1 pour deux niveaux d'eau différents.
  • La figure 3 est une vue en élévation du déversoir de la figure 1, vu du côté aval et équipé d'une hausse fusible conforme à la présente invention.
  • La figure 4 est une vue en plan du déversoir de la figure 3.
  • La figure 4a est une vue semblable à celle de la figure 4, montrant une autre disposition possible des éléments de la hausse fusible selon l'invention.
  • La figure 5 montre, à plus grande échelle, une section horizontale d'un joint d'étanchéité utilisable entre deux éléments adjacents de la hausse des figures 3 et 4.
  • Les figures 6 et 7 montrent, à plus grande échelle et en coupe verticale, deux formes d'exécution de l'encastrement des éléments de hausse.
  • Les figures 8a à 8e sont des vues en coupe verticale permettant d'expliquer le fonctionnement de la hausse fusible de la présente invention, avant, pendant et après le passage d'une crue.
  • Les figures 9a et 9b sont des graphiques montrant les forces qui, en service, peuvent être appliquées à un élément de hausse conforme à la présente invention.
  • La figure 10 est un graphique représentant les variations des moments des forces motrice et résistante en fonction de la hauteur d'eau au dessus du seuil déversant, ainsi que les variations du débit d'eau évacué en fonction de la hauteur de la lame déversante.
  • La figure 11 est une vue en coupe verticale montrant un élément de hausse de la présente invention, auquel est associé un dispositif déclencheur de pliage.
  • Les figures 12a à 12c montrent, à plus grande échelle, divers dispositifs protecteurs pouvant être prévus à l'extrémité supérieure du dispositif déclencheur de la figure 13.
  • Les figures 13a à 13c sont des vues en coupe transversale permettant de comparer les hauteurs maximales de lames déversantes dans le cas de la présente invention pour des éléments de hausse ayant des hauteurs différentes (figures 11a et 11b) et dans le cas d'un seuil déversant libre connu (figure 11c).
  • Les figures 14a à 14d sont des vues en coupe verticale permettant d'expliquer le fonctionnement d'une double hausse fusible selon une autre forme d'exécution de l'invention.
  • Les figures 15 à 17 montrent, en coupe verticale, d'autres formes d'exécution d'un élément de hausse conforme à la présente invention.
  • La figure 18 est une vue en perspective montrant un détail de l'élément de hausse de la figure 17.
  • L'ouvrage 1 représenté dans la figure 1 peut être un barrage en remblais ou un barrage en béton ou maçonnerie. Toutefois, il y a lieu de noter que l'invention n'est pas limitée au type de barrage montré dans la figure 1, mais qu'au contraire elle peut s'appliquer à n'importe quel type de barrage connu à seuil déversant libre.
  • Dans la figure 1, le numéro de référence 2 désigne la crête du barrage, le numéro 3 son parement aval, le numéro 4 son parement amont, le numéro 5 un déversoir évacuateur de crues, le numéro 6 le seuil du déversoir 5 et le numéro 7 un chenal d'évacuation. Le déversoir 5 peut être implanté dans la partie centrale du barrage 1 ou en extrémité de celui-ci ou encore excavé sur une rive sans que cela n'altère la possibilité d'utilisation de l'invention.
  • Pour un ouvrage à seuil déversant libre, le niveau RN de la retenue normale en exploitation (voir aussi la figure 2a) est celui de la crête 8 du seuil déversant 6. Ce niveau RN détermine le volume maximal de retenue qui peut être conservé par le réservoir formé par le barrage. La distance verticale R, appelée revanche, entre la crête 8 du déversoir et la crête 2 du barrage est la somme de deux termes à savoir, d'une part, une surélévation h₁ du niveau d'eau due à une crue, jusqu'à un niveau maximal RM ou niveau des plus hautes eaux (PHE), permettant le déversement de la crue maximale (figure 2b) pour laquelle l'ouvrage est dimensionné, et, d'autre part, une surhauteur additionnnelle h₂ destinée à protéger la crête 2 du barrage contre les oscillations du plan d'eau à son niveau maximal RM (effet du vent, vagues, etc.)
  • Dans un barrage classique à seuil déversant libre comme celui montré dans la figure 1, la tranche de réservoir située entre le niveau de retenue normale RN et le niveau maximal RM n'est pas stockée et est donc perdue pour l'exploitation. L'un des buts de l'invention est de permettre de relever de façon quasi-permanente le niveau d'exploitation normale de la retenue et donc d'augmenter sa capacité de stockage, sauf lors du passage de crues exceptionnelles.
  • A cet effet, l'invention prévoit de fixer par un encastrement sur le seuil déversant 6 une hausse 10, constituée par au moins un élément 11, en forme de plaque, par exemple cinq éléments 11a-11e comme montré dans les figures 3 et 4, ladite hausse 10 ou les éléments de hausse 11 étant capables de résister, sans se rompre, à la charge d'eau correspondant à un déversement modéré (permettant le passage des crues les plus fréquentes) et étant rendus fusibles par pliage autour d'une ligne d'encastrement pour une charge d'eau prédéterminée correspondant à un niveau N au plus égal au niveau maximal RM et permettant alors le passage des plus fortes crues.
  • Bien entendu, le nombre des éléments de hausse 11 n'est pas limité à cinq éléments comme montré dans les figures 3 et 4, mais peut être plus petit ou plus grand selon la longueur du déversoir 5 (mesurée dans le sens longitudinal du barrage). De préférence, le nombre des éléments de hausse 11 est choisi de façon à obtenir des masses unitaires faibles permettant une mise en place et un remplacement aisé desdits éléments de hausse.
  • Comme montré dans la figure 4, un joint d'étanchéité classique 13, par exemple en caoutchouc, est prévu à chacune des deux extrémités de la hausse 10 entre celle-ci et les flancs latéraux 14 du déversoir 5. Quand la hausse 10 est constituée par plusieurs éléments 11, des joints d'étanchéité 13 (figure 5) sont également prévus entre les bords latéraux verticaux, deux à deux en vis-à-vis, des éléments adjacents de hausse 11 comme cela est également visible dans la figure 4. Tous les joints 13 doivent être tels qu'ils n'empêchent pas le pliage des éléments de hausse 11 les uns par rapport aux autres et par rapport aux flancs latéraux 14 du déversoir 5 quand cela est rendu nécessaire pour l'évacuation d'une crue importante.
  • Chaque élément de hausse 11 est constitué par une plaque en un métal (convenablement protégé contre la corrosion) ou autre matériau capable d'être plié. A son extrémité inférieure, la plaque 11 peut être engagée dans une rainure 12 d'encastrement formée dans le seuil 6 du déversoir 5, la rainure 12 ayant une largeur un peu plus grande que l'épaisseur de la plaque 11 comme montré dans les figures 6 et 7. L'étanchéité à la base des plaques 11 peut être assurée par un joint d'étanchéité 15 disposé entre le seuil 6 et la partie inférieure des plaques 11, par exemple du côté amont de celles-ci, et/ou par un matériau de remplissage 16, tel que par exemple du sable, mis dans la rainure 12 de part et d'autre des plaques 11.
  • Comme montré dans les figures 6 et 7, la ligne d'encastrement 17 autour de laquelle les éléments de hausse 11 plieront, peut être matérialisée par un organe d'appui, continu ou disconstinu, disposé du côté aval des éléments de hausse 11; ledit organe d'appui peut être constitué par une barre longitudinale 18, fixée à chaque élément de hausse 11, ou par un becquet 19 fixé à la maçonnerie du seuil 6 dans la région du bord aval de la rainure 12. Il est également à noter que les éléments de hausse 11 peuvent comporter, dans l'une de leurs faces, ou les deux, au niveau de la ligne d'encastrement 17, un affaiblissement (non montré) sous la forme d'une saignée, continue ou discontinue, qui facilite le pliage de l'élément de hausse 11 autour de la ligne 17 sous un effort prédéterminé.
  • Dans la figure 4, tous les éléments (11a-11e) de la hausse 10 sont disposés dans un même plan vertical. On peut également les disposer en quinconce comme montré dans la figure 4a. Dans ce cas, d'autres éléments de hausse 20 fixes, c'est-à-dire non pliants, également en forme de plaques, sont fixés rigidement au seuil 6 entre les éléments 11 de manière à rétablir la continuité de la hausse 10, les éléments fixes 20 s'étendant parallèlement entre eux et au sens général d'écoulement de l'eau dans le déversoir. La ligne de crête de la hausse 10 n'est plus alors rectiligne, mais brisée, en créneau, de sorte que la longueur de déversement par dessus la hausse 10 est notablement accrue, ce qui permet, comme on le verra plus loin, pour un niveau d'eau donné et un débit d'évacuation donné, de réduire la hauteur (épaisseur) de la lame déversante, donc d'augmenter la hauteur de la hausse et par conséquent d'accroître encore la capacité de stockage d'eau du barrage.
  • Comme montré dans la figure 8a, la hausse 10 de la présente invention permet de relever le niveau de la retenue normale du niveau RN (niveau de la retenue normale du seuil déversant libre 6, c'est-à-dire sans la hausse 10) jusqu'au niveau RN′ correspondant à la hauteur de la hausse 10 au-dessus du seuil 6. Comme cela sera expliqué plus loin, chaque élément de hausse 11 est dimensionné de manière à résister en flexion pour une charge d'eau inférieure à un niveau prédéterminé N, lui-même au plus égal au niveau maximal RM déjà mentionné plus haut. Ainsi, en supposant par exemple que ledit niveau prédéterminé est égal au niveau RM, tant que le niveau de l'eau reste inférieur au niveau RM pour des crues de faible ou moyenne importance et est compris entre les niveaux RN′ et RM, l'eau se déverse par-dessus la hausse 10 comme montré dans la figure 8b, sans que la hausse ne soit détruite. Dans ce cas, après évacuation de la crue, le niveau de l'eau retombe au niveau RN′ ou à un niveau plus bas si de l'eau est soutirée dans la retenue.
  • Par contre, si le niveau de l'eau atteint, dans l'hypothèse susmentionnée, un niveau prédéterminé N égal ou légèrement plus bas que le niveau maximal RM dans le cas d'une forte crue ou crue exceptionnelle, au moins un élément 11 de la hausse 10 est plié par la poussée de l'eau autour de la ligne 17 comme montré dans la figure 8c, permettant ainsi l'évacuation des crues les plus fortes. Après évacuation d'une forte crue ayant entraînée le pliage de la hausse 10, le seuil déversant 6 se retrouve dans l'état montré dans la figure 8d, le niveau de l'eau étant revenu à peu près au niveau de la retenue normale RN ou à un niveau plus bas encore. On peut éventuellement prévoir quelques éléments 11 de rechange, disponibles en permanence sur le site du barrage, pour permettre une réparation de la hausse 10 en cas de besoin et rétablir ainsi le niveau de la retenue normale au niveau RN′ comme montré dans la figure 8e. Il faut noter cependant que le non-remplacement d'un ou plusieurs éléments 11 après une crue exceptionnelle ayant entraîné pliage d'au moins un élément 11 ne diminue pas la sécurité de fonctionnement de l'ouvrage.
  • Les risques de mauvais fonctionnement dûs à des corps flottants peuvent être facilement éliminés par une protection amont selon des techniques conventionnelles adaptables à chaque cas particulier. La protection peut être par exemple constituée par des lignes flottantes sur la retenue, à une certaine distance en amont du déversoir, ou par des dispositifs d'arrêt fixés sur le parement amont du barrage.
  • On donnera maintenant un exemple numérique de dimensionnement d'une hausse fusible conforme à la présente invention. Habituellement, les barrages et les seuils déversants sont dimensionnés pour que le niveau du lac (niveau de la retenue) atteigne le niveau maximal RM pour la crue exceptionnelle envisagée (crue de projet). Cette crue peut être par exemple la crue ne se produisant qu'une année sur mille (crue millénale).
  • Pour fixer les idées, on supposera que le débit de cette crue de projet est par exemple de 200m³/s et que le seuil déversant libre 6 a une longueur de 40 m. Dans ces conditions, la hauteur H de la lame d'eau nécessaire pour évacuer le débit de la crue de projet correspond à 5m³/s par mètre linéaire de seuil. Cette hauteur H peut être calculée par la formule suivante: Q = 1,8 H 3/2
    Figure imgb0001
     d'après laquelle on peut voir que H est sensiblement égal à 2 m dans l'hypothèse faite plus haut. Toujours dans cette hypothèse, en l'absence de dispositif de vannes ou de hausses, le niveau du seuil 6 du déversoir 5 est arasé à 2 m en-dessous du niveau maximal RM pour permettre l'évacuation de la crue millénale, et on perd donc un volume utile d'eau correspondant à une tranche de 2 mètres.
  • Pour la détermination de la hauteur des éléments de hausse 11, l'invention est basée sur la constatation que le débit maximum atteint en moyenne sur 20 ans est beaucoup plus faible que celui de la crue de projet. Il peut être d'environ 50m3 /s dans l'exemple choisi ici. D'après la formule (1) ce débit correspond alors à une lame d'eau ayant une hauteur d'environ 0,8m. Si l'on admet que des éléments de hausse 11 peuvent être détruits en moyenne tous les 20 ans, on peut alors donner aux éléments de hausse une hauteur de 2 m - 0,8 m = 1,2 m, permettant ainsi le passage au-dessus des éléments de hausse 11 d'une lame d'eau de 0,8 m de hauteur correspondant au débit de 50m³/s. Dans ce cas, le niveau de la retenue normale RN′ est élevé à 1,20 m au-dessus du niveau de la retenue normale RN du seuil déversant 6 libre, c'est-à-dire sans les éléments de hausse 11. Si on choisit des éléments de hausse 11 ayant une hauteur supérieure à 1,2m, la hauteur de la lame d'eau admissible sera inférieure à 0,8m et il faudra admettre la destruction des éléments de hausse, par exemple tous les 10 ans, mais le niveau de la retenue normale sera encore augmenté. En revanche, si on choisit des éléments de hausse 11 ayant une hauteur plus petite que 1,2m, on pourra admettre une lame d'eau ayant une hauteur plus forte que 0,8m, les éléments de hausse n'étant alors détruits que tous les 50 ou 100 ans, mais le niveau de la retenue normale sera alors plus faible que dans les cas précédents. Le choix de la hauteur des éléments de hausse 11 est donc essentiellement un choix économique. Il est probablement souhaitable en général de fixer à 20 ans environ l'intervalle de temps entre deux destructions totales successives de la hausse fusible, ce qui conduirait à une hauteur théorique de 1,2m des éléments de hausse dans l'exemple considéré ici.
  • Il est par ailleurs avantageux que la destruction de tous les éléments de hausse 11 ne se produise pas exactement pour le même niveau d'eau. On peut prévoir par exemple qu'un seul élément tel que l'élément 11c des figures 3 et 4 soit détruit lorsque l'eau atteint un premier niveau N1 situé environ 10cm en-dessous du niveau maximal RM, qu'au moins un autre élément 11, tel que les éléments 11b et 11d, soient détruits lorsque l'eau atteint un second niveau N2 situé environ 5cm en-dessous du niveau maximal RM, et que les autres éléments 11, tels que les éléments 11a et 11e, soient détruits lorsque l'eau atteint ledit niveau maximal RM.
  • De cette façon, la destruction du premier élément 11c par une crue d'importance moyenne peut suffire à l'écoulement de la crue sans montée supplémentaire du niveau d'eau, ce qui évite la destruction des autres éléments 11a, 11b, 11d et 11e. Toutefois, la marge de 10cm qui est ainsi prise s'ajoute à la hauteur de lame déversante maximale admissible, de sorte que la hauteur des éléments de hausse et, par suite, la tranche d'eau gagnée (RN′-RN) devient égale à 1,1m (2m-0, 8m-0,1m) dans l'exemple considéré ici.
  • Le pliage du ou des éléments de hausse 11 et, par suite, leur destruction dépend de l'équilibre entre, d'une part, le moment moteur Mm, c'est-à-dire le moment des forces qui tendent à plier l'élément de hausse considéré, et, d'autre part, le moment résistant Mr, c'est-à-dire le moment des forces qui s'opposent au pliage dudit élément de hausse à l'encastrement. Si on ne prévoit pas un dispositif déclencheur, directement lié au niveau d'eau, pour déclencher le pliage de l'élément de hausse avec précision pour un niveau d'eau prédéterminé, la hauteur d'eau correspondant à l'équilibre susmentionné ne peut être fixée qu'avec une marge d'incertitude pouvant atteindre 0,2m. Dans ces conditions, il est nécessaire, par sécurité, de réduire la hauteur du ou des éléments de hausse 11 d'une quantité correspondant à certe marge d'incertitude, par exemple 0,2m. Toutefois, on peut éviter d'avoir à réduire la hauteur des éléments de hausse en prévoyant un dispositif déclencheur qui sera décrit plus loin en faisant référence à la figure 11.
  • Il est possible, pour le débit de 50m³/s considéré dans le présent exemple, de réduire à moins de 0,8m la hauteur de la lame déversante maximale admissible avant pliage des éléments de hausse, en faisant en sorte que la ligne de crête des éléments 11 de la hausse 10, considérés ensemble, ne soit plus disposée parallèlement à la crête du seuil déversant 6, mais suivant une ligne non rectiligne, par exemple une ligne brisée comme montrée dans la figure 4a, pour allonger la longueur de déversement du débit susmentionné. Si l'on double cette longueur, le débit de 50m³/s est alors réparti sur 80m au lieu de 40m et la hauteur de la lame maximale admissible correspondante est ramenée de 0,8m à 0,5m. Ceci permet, toutes choses égales par ailleurs, de remonter de 0,3 m la hauteur des éléments de hausse 11 et d'augmenter en conséquence le volume d'eau stocké dans la retenue.
  • Les figures 9a et 9b montrent les forces qui, en service, peuvent être appliquées à un élément de hausse 11 de la présente invention. Pour la description qui va suivre, on supposera que l'élément 11, en forme de plaque, a une épaisseur e et une hauteur H₁ au dessus du seuil 6. Dans les figures 9a et 9b, RM désigne comme auparavant le niveau maximal, H₂ désigne la hauteur de la lame déversante maximale admissible au-dessus de l'élément de hausse 11 et z désigne le niveau de l'eau. Les forces motrices, qui tendent à plier l'élément de hausse 11 sont la poussée P de l'eau sur la face amont de l'élément de hausse 11. Les forces résistantes, qui s'opposent au pliage de l'élément de hausse 11, sont la résistance propre de l'élément de hausse 11.
  • Dans le présent exemple, pour simplifier les calculs, on supposera que la ligne d'encastrement 17 autour de laquelle se produira le pliage de l'élément de hausse 11, est située au niveau du seuil 6. Dans ces conditions, pour calculer la valeur de P et la valeur du moment moteur correspondant Mm par rapport à la ligne 17, il y a lieu de considérer deux cas en fonction de la hauteur d'eau z au dessus du seuil 6. Les valeurs de P et Mm et la valeur du moment résistant Mr sont résumées ci-dessous, lesdites valeurs étant données par unité de longueur de l'élément de hausse 11.
    Figure imgb0002
  • Dans les formules sus-indiquées, P, Mm, Mr, e, H₁ et z ont les significations déjà indiquées plus haut. γw est le poids volumique de l'eau et σa est la limite élastique de la matière utilisée pour la construction de l'élément de hausse, par exemple de l'acier.
  • Dans le graphique de la figure 10, les tracés A et B représentent respectivement les variations de Mr et Mm en fonction de la hauteur d'eau z au-dessus du seuil 6, et le tracé C représente la variation du débit d'eau évacuée Q en fonction de la hauteur H de la lame déversante [ Q = 1,8. H3/2, H étant égal à (z-H₁) avant pliage de l'élément de hausse 11 et à z après pliage dudit élément 1. Les tracés A, B et C ont été obtenus à partir des formules indiquées plus haut et pour H₁ = 1,2m, e = 2cm, γw = 1 et σa = 30 kg/mm².
  • En considérant les tracés A et B, on voit que le moment moteur Mm atteint la même valeur que le moment résistant Mr pour une valeur de z, (H₁ + H₂), d'environ 2m, c'est-à-dire pour le niveau maximal RM dans l'exemple numérique considéré ici. Autrement dit, le pliage de l'élément de hausse 11 aura lieu lorsque le niveau de l'eau atteindra le niveau maximal RM. D'après le graphique de la figure 10 et d'après les formules (5) et (6), on voit que, sans changer la valeur de la hauteur H₁ de l'élément de hausse 11, si l'on avait voulu que le pliage de ce dernier se produise pour une valeur de z plus petite ou plus grande que 2m, il aurait fallu respectivement diminuer ou augmenter la valeur de e et/ou la valeur de σa par rapport aux valeurs indiquées plus haut.
  • D'après ce qui précède, on voit que, par un dimensionnement approprié en hauteur (H₁) et en épaisseur (e) de l'élément de hausse 11 et par un choix approprié de sa matière constitutive (limite élastique σa), on peut faire en sorte que l'élément de hausse 11 soit plié pour un niveau d'eau prédéterminé.
  • Dans le graphique de la figure 10, on a également tracé, en A′, les variations du moment résistant Mr′ en fonction de z dans le cas ou l'élément de hausse 11 est composé de deux plaques accolées 11 et 21 de hauteurs différentes, l'étanchéité entre ces deux plaques étant assurée par un joint 22 comme montré dans la figure 11. Les deux plaques 11 et 21 peuvent être encastrées dans la même rainure 12, auquel cas une pièce d'espacement 23, continue ou discontinue, peut être prévue entre lesassurée par un joint 22 comme montré dans la figure 11. Les deux plaques 11 et 21 peuvent être encastrées dans la même rainure 12, auquel cas une pièce d'espacement 23, continue ou discontinue, peut être prévue entre les deux plaques à leur partie inférieure, ou elles peuvent être encastrées dans des rainures différentes
  • En considérant les tracés A′ et B on voit que le moment moteur Mm atteint la même valeur que le moment résistant Mr′ pour une valeur de z, (H₁ + H′₂), d'environ 2,25m. On voit également que si on appliquait à la partie inférieure de la plaque aval 11 la totalité de la pression d'eau au moment où z atteint une valeur comprise entre (H₁ + H₂) et (H₁ + H′₂), on obtiendrait une brusque rupture d'équilibre pour cette valeur de z. Naturellement, dans ce cas, si on souhaite que le pliage ait encore lieu pour une valeur de z égale à 2m ou moins, il faudrait alors dimensionner la plaque 11 (son épaisseur e et/ou sa limite élastique σa) pour que son moment résistant Mr (tracé A de la figure 10) soit plus faible que ce qui est indiqué dans cette figure.
  • Ceci peut être mis à profit pour provoquer le pliage de l'élément de hausse 11 de manière encore plus sûre et avec une plus grande précision en ce qui concerne le niveau d'eau auquel se produit le pliage. En effet, des dispositions peuvent être prises pour que de l'eau pénètre dans l'espace entre les deux plaques 11 et 21 de la figure 11 quand l'eau atteint un niveau prédéterminé N, le dimensionnement des plaques étant tel qu'à cet instant le moment résistant passe brusquement d'une valeur Mr′ plus grande que la valeur du moment moteur Mm à une valeur Mr substantiellement plus petite que la valeur dudit moment moteur Mm. A cet effet, on peut utiliser par exemple un dispositif déclencheur tel que celui montré dans la figure 11. Ce dispositif déclencheur est essentiellement constitué par un tuyau d'évent 24 qui, en service normal, met l'espace entre les plaques 11 et 21 en relation avec l'atmosphère, l'extrémité supérieure 24a du tuyau d'évent 24 étant située à un niveau N égal au niveau pour lequel on désire que le pliage de la plaque 11 se produise. Le tuyau 24 peut être coudé et passer à travers la plaque 21 comme montré dans la figure 11. Un orifice 25 ayant une section de passage plus faible que celle du tuyau 24 est prévu à la partie inférieure de la plaque aval 11, près du seuil 6, pour évacuer de l'espace entre les plaques 11 et 21 l'eau due aux fuites éventuelles au niveau du joint 22 ou l'eau qui pourrait entrer par l'orifice supérieur du tuyau 24, à cause des vagues, avant que le niveau d'eau ait réellement atteint le niveau N.
  • Dans le cas où plusieurs éléments de hausse 11, 21 sont prévus et doivent se plier pour des niveaux d'eau différents, tels que les niveaux N₁, N₂ et RM (figure 3) au moins un tuyau d'évent 24 est associé à chaque élément de hausse et chaque tuyau 24 s'étend vers le haut jusqu'à un niveau N égal au niveau N₁ ou N₂ ou RM pour lequel l'élément correspondant doit se plier.
  • L'extrémité supérieure de chaque tuyau d'évent 24 peut être équipée d'un dispositif de protection contre les corps flottants, afin de ne pas être obturé par ceux-ci, ou d'un dispositif de protection contre les vagues, afin qu'une ou plusieurs vagues successives ne déclenchent pas intempestivement le pliage de la plaque 11. De tels dispositifs de protection sont montrés dans les figures 12a à 12c. Le dispositif de protection de la figure 12a est essentiellement constitué par un entonnoir 26 dont le bord supérieur 26a se trouve à un niveau plus élevé que le niveau N et qui comporte au moins un petit trou 27 à un niveau plus bas que le niveau N. Dans la figure 12b, le dispositif de protection est constitué par le tuyau 24 lui-même dont l'extrémité supérieure est recourbée sous la forme d'un siphon 28. Enfin, le dispositif de protection de la figure 12c est constitué par une cloche 29, qui coiffe l'extrémité supérieure 24a du tuyau d'évent 24 et dont le sommet 29a se trouve à un niveau légèrement plus élevé que le niveau N.
  • Il peut être avantageux, pour améliorer la sérurité d'un ouvrage existant dont le seuil déversant 6 avait été initialement arasé, en fonction de la crue de projet initialement choisie, à un niveau déterminant le niveau de la retenue normale RN (figure 13c), de déraser le seuil 6 de quelques décimètres en-dessous de sa côte actuelle (correspondant à RN) et d'encastrer sur le seuil dérasé 6 une hausse fusible 10 conforme à la présente invention, composée d'au moins un élément de hausse 11 dimensionné en hauteur et en épaisseur de la manière décrite plus haut pour se plier autour de la ligne 17 lorsque le niveau de l'eau atteint un niveau prédéterminé au plus égal au niveau maximal RM correspondant à la crue de projet. Dans ces conditions, la probabilité d'ouverture de la hausse 10 n'est pas modifiée mais, en cas de crue exceptionnelle, la section d'écoulement disponible après destruction totale de la hausse 10 est notablement augmentée pour un même niveau d'eau dans la retenue, ce qui permet de passer sans risque une crue ayant un débit très supérieur à celui de la crue pour laquelle l'ouvrage avait été initialement dimensionné. Dans le cas où la hauteur choisie pour les éléments de hausse 11 est égale à la hauteur de dérasement du seuil 6 (figure 13a), on obtient simplement une augmentation de la sécurité de l'ouvrage, sans changement du niveau de la retenue normale RN, par rapport à l'ouvrage existant avant dérasement de son seuil 6 (figure 13c). Toutefois, on peut à la fois augmenter la sécurité de l'ouvrage et réhausser le niveau de la retenue normale à un niveau RN′ en donnant aux éléments de hausse 11 une hauteur telle que leur sommet se trouve à un niveau plus élevé que le niveau RN, mais inférieur au niveau maximal RM (figure 13b).
  • Dans la forme d'exécution montrée dans la figure 11 on a supposé que les deux plaques 11 et 21 étaient encastrées dans une même rainure 12 et accolées l'une à l'autre. Toutetois on peut envisager d'encastrer, les deux plaques 11 et 21, ou un plus grand nombre encore de plaques, par exemple trois plaques 11, 21 et 31 (figure 14a), dans une ou plusieurs rainures d'encastrement espacées sur le seuil 6, les plaques ayant des hauteurs différentes, qui croissent d'amont vers l'aval, et étant dimensionnées (e, σa) de façon à plier successivement de l'aval vers l'amont pour des conditions hydrologiques de sévérité croissante comme illustré par les figures 14a à 14d dans le cas de deux plaques 11 et 21. De cette manière, si le pliage de la plaque aval 11 a suffi pour évacuer une crue de moyenne importance, ayant entraîné une élévation du niveau de l'eau jusqu'à un premier niveau prédéterminé N1 (RN′<N₁<RM), la plaque 21 reste dressée (figure 14c) et le niveau de retenue normale n'est réduit que partiellement (RN˝ au lieu de RN′ avant pliage de la plaque aval 11). Si le pliage de la plaque 11 n'a pas suffi pour évacuer la crue et si le niveau d'eau atteint un second niveau prédéterminé N₂ (N₁<N₂≦RM), la plaque amont 21 se plie à son tour comme montré sur la figure 14d. Après pliage de la plaque 11 et, le cas échéant, de la plaque 21 et après évacuation de la crue, la ou les plaques 11 et 21 peuvent être remplacées par des plaques non pliées.
  • Dans les formes d'exécution qui ont été décrites jusqu'ici, chaque plaque 11 (ou 21 ou 31) formant un élément de hausse était engagée dans une rainure prévue dans le seuil 6. Cependant, la plaque 11 (ou 21 ou 31) peut être engagée dans une rainure formée dans une pièce de montage 32, continue ou discontinue, qui est elle-même fixée rigidement au seuil 6, par exemple au moyen de boulons et de tiges filetées 33 scellées dans la maçonnerie du seuil 6 comme montré dans la figure 15. De préférence, le seuil 6 est dérasé au moins d'une quantité correspondant à la hauteur de la pièce de montage 32.
  • Suivant une autre forme d'exécution, au lieu de réaliser l'encastrement de la plaque 11 (ou 21 ou 31) par engagement de sa partie inférieure dans une rainure, l'encastrement peut être effectué comme montré dans la figure 16. Dans cette figure, la plaque 11′, vue en coupe verticale, est cintrée en forme de L et sa branche horizontale 11′a est fixée rigidement au seuil 6 par une liaison du type encastrement, c'est-à-dire une liaison où aucun mouvement relatif n'est autorisé, par exemple au moyen de plusieurs boulons et tiges filetées 33 (une seule est visible dans la figure 16) scellées dans la maçonnerie du seuil. Lorsque plusieurs plaques sont prévues, comme les plaques 11′ et 21′ (figure 16), elles peuvent être fixées ensemble au seuil 6 par les mêmes boulons et tiges filetées 33. Suivant une variante, au lieu d'utiliser des plaques cintrées en L, on peut utiliser des plaques verticales droites, comme les plaques 11 des figures 8, 13, 14, 15, qui sont alors fixées rigidement au seuil 6 par des équerres, les branches verticales des équerres étant fixées aux plaques par exemple par soudage, tandis que leurs branches horizontales peuvent être fixées au seuil 6 d'une manière semblable à celle montrée dans la figure 16. Dans ce dernier cas, c'est l'épaisseur du matériau constituant les équerres et sa limite élastique σa qu'il faut prendre en considération pour le calcul du moment résistant Mr qui détermine le niveau d'eau pour lequel se produit le "pliage" des éléments de hausse.
  • La figure 17 montre, en coupe verticale, un élément de hausse 11 composé de deux plaques 11i et 11j qui sont empilées de façon amovible l'une sur l'autre. Si on le désire plusieurs plaques 11j peuvent être prévues et empilées l'une sur l'autre. Les plaques 11i et 11j peuvent être maintenues ensemble par au moins deux paires de plaquettes 34, dont une paire est visible dans les figures 17 et 18, qui sont fixées rigidement à l'une des deux plaques 11i et 11j et qui enfourchent l'autre plaque. Au lieu des plaquettes 34 on peut aussi utiliser des barrettes s'étendant sur toute la longueur des plaques 11i et 11j. Un joint d'étanchéité 35 est prévu entre les plaques 11i et 11j et, le cas échéant, entre les plaques 11j quand il y en a plusieurs. Les plaques peuvent avoir toutes la même dimension verticale ou des dimensions verticales différentes; par exemple, la plaque supérieure 11j a une dimension verticale plus faible que celle de la plaque 11i. Avec une telle construction de l'élément de hausse, non seulement les opérations de mise en place de la hausse sont facilitées, mais il est aussi possible de donner à la hausse des hauteurs différentes selon les saisons, sans que cela nécessite une surveillance humaine particulière du point de vue de l'évacuation des crues.
  • En conclusion, la hauteur de la hausse 10, donc de son ou ses éléments 11, dépend d'un choix économique, de la progressivité souhaitée dans le pliage des divers éléments de hausse, de la précision du niveau d'eau auquel se produit le pliage (précision qui peut être améliorée en prévoyant un dispositif déclencheur comme décrit plus haut en référence à la figure 11) et de la forme de la ligne de crête de la hausse, ligne qui peut être rectiligne ou en créneau. Dans l'exemple numérique décrit plus haut, la hauteur des éléments de hausse qui en résulte peut varier entre 0,9m et 1,5m, permettant, suivant les options prises, de gagner entre 45 et 75% de la tranche d'eau qui serait perdue sans l'utilisation de la hausse fusible.
  • D'après ce qui précède, il est clair que la hausse fusible de la présente invention permet d'augmenter substantiellement et de façon quasi-permanente la capacité de stockage d'un barrage ou autre ouvrage à seuil déversant libre, tout en maintenant ou en accroissant la sécurité de fonctionnement propre aux ouvrages à seuil déversant libre, en permettant de façon fiable l'évacuation des crues exceptionnelles par ouverture automatique (pliage d'au moins un élément de la hausse) sans aucune surveillance ni aucune intervention humaine ou d'un dispositif de contrôle. Il est également clair que la hausse peut être fabriquée et installée sur le seuil du déversoir d'un barrage ou autre ouvrage pour un coût plus faible que celui des vannes antérieurement connues, et sans modification majeure du seuil du déversoir.
  • Il est bien entendu que les formes d'exécution de la présente invention qui ont été décrites ci-dessus ont été données à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Claims (12)

  1. - Déversoir évacuateur de crues pour barrages et ouvrages similaires, comportant un seuil déversant (6) dont la crête (8) est située à un premier niveau prédéterminé (RN) plus bas qu'un second niveau prédéterminé (RM) correspondant à un niveau maximal ou niveau des plus hautes eaux (PHE) pour lequel le barrage (1) est conçu, la différence desdits premier et second niveaux (RN et RM) correspondant à un débit maximal prédéterminé d'une crue exceptionnelle, et une hausse mobile (10) obturant le déversoir (5), caractérisé en ce que ladite hausse (10) comprend au moins un élément de hausse (11), en forme de plaque sensiblement verticale, qui est maintenue à sa base par un encastrement sur le seuil (6) du déversoir (5) et qui a, par rapport au seuil, une hauteur prédéterminée (H₁) plus petite que la différence des premier et second niveaux prédéterminés (RN et RM), ladite hauteur prédéterminée correspondant, pour un niveau d'eau sensiblement égal audit niveau maximal (RM), à une crue moyenne ayant un débit prédéterminé plus faible que ledit débit maximal prédéterminé, ledit élément de hausse (11) ayant, au niveau de l'encastrement, une épaisseur telle et étant fait d'une matière ayant une limite élastique telle que le moment des forces de poussée appliquées par l'eau à l'élément de hausse atteigne son moment résistant à l'encastrement et qu'en conséquence ledit élément de hausse se plie autour d'une ligne d'encastrement (17), quand l'eau atteint un troisième niveau prédéterminé (N) plus élevé que le sommet de l'élément de hausse (11), mais au plus égal au second niveau prédéterminé (RM).
  2. - Déversoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (11) formant l'élément de hausse est engagée dans une rainure (12) prévue dans le seuil (6) ou dans une pièce de montage (32) fixée au seuil (6).
  3. - Déversoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (11′) formant l' élément de hausse est cintrée en forme de L et sa branche horizontale (11′a) est fixée rigidement au seuil par une liaison du type encastrement.
  4. - Déversoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le cas d'un déversoir (5) existant, la crête (8) du seuil déversant (6) est dérasée à un niveau plus bas que ledit premier niveau prédéterminé (RN), et en ce que l'élément de hausse (11) est encastré sur le seuil dérasé et a une hauteur telle que son sommet se trouve au moins audit premier niveau prédéterminé (RN), mais à un niveau (RN′) inférieur audit troisième niveau prédéterminé (N).
  5. - Deversoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité (15) est disposé entre le seuil déversant (6) et la partie inférieure de l'élément de hausse (11).
  6. - Déversoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit élément de hausse est constitué par une paire de plaques accolée (11, 21), de hauteurs différentes, l'étanchéité entre les deux plaques étant assurée par un joint (22).
  7. - Déversoir selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tuyau d'évent (24), qui, en service normal, met l'espace entre les deux plaques (11 et 21) en relation avec l'atmosphère, l'extrémité supérieure du tuyau d'évent (24) étant située à un niveau égal audit troisième niveau prédéterminé (N).
  8. - Déversoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que plusieurs éléments de hausse (11) sont disposés côte à côte le long de la crête (8) du seuil déversant (6), des joints d'étanchéité (13) étant disposés entre les éléments contigüs de hausse.
  9. - Déversoir selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments de hausse (11) sont dimensionnés de telle façon qu'au moins un premier élément de hausse (11c) soit plié quand l'eau atteint ledit troisième niveau prédéterminé (N₁), celui-ci étant plus bas que ledit second niveau prédéterminé (RM), qu'au moins un second élément de hausse (11b, 11d) soit plié quand l'eau atteint un quatrième niveau prédéterminé (N₂) compris entre les second et troisième niveaux prédéterminés (RM et N₁), et qu'au moins un troisième élément de hausse (11a, 11e) soit plié quand l'eau atteint un cinquième niveau prédéterminé plus haut que le quatrième niveau (N₂) et au plus égal au second niveau prédéterminé (RM).
  10. - Déversoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la hausse (10) comporte au moins deux éléments de hausse (11 et 21) qui sont disposés l'un à la suite de l'autre dans le sens amont-aval et qui ont des hauteurs différentes croissant de l'amont vers l'aval, les éléments de hausse étant dimensionnés de telle façon que l'élément de hausse aval (11) plie quand l'eau atteint ledit troisième niveau prédéterminé (N₁), celui-ci étant plus bas que le second niveau prédéterminé (RM), et que l'élément de hausse amont (21) plie quand l'eau atteint un quatrième niveau prédéterminé (N₂) plus élevé que le troisième niveau prédéterminé (N₁), mais au plus égal au second niveau prédéterminé (RM).
  11. - Déversoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit élément de hausse (11) comprend au moins deux plaques verticales (11i, 11j) empilées l'une sur l'autre.
  12. - Déversoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la hausse (10) comprend plusieurs plaques verticales (11) disposées en quinconce entre d'autres plaques verticales fixes (20), de telle façon que la ligne de crête de la hausse ait une force en créneau.
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