FR3101363A1 - Hausse fusible avec système brise-glace - Google Patents
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Abstract
La hausse fusible (1) pour un ouvrage hydraulique comporte une auge comprenant des parois (11) permettant de fixer la retenue normale à une hauteur prédéterminée, une chambre de mise en pression (15) ménagée entre une base (18) de la hausse fusible et la surface supérieur du déversoir (3), des moyens de mise sous pression (17) de la chambre en fonction d’une hauteur maximale prédéfinie d’un niveau d’eau en amont de la hausse fusible, la hausse fusible comportant en outre des systèmes (20;25) permettant de briser la glace (2) fixés sur la hausse. Figure de l’abrégé : Fig.3
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne une hausse fusible destinée à équiper un ouvrage hydraulique tel qu’un seuil de rivière, un déversoir ou un évacuateur de crues. Par la suite, ces trois types d’ouvrages seront nommés ‘’déversoir’’.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les hausses fusibles sont installées sur la crête d’un déversoir afin de permettre de rehausser le niveau d’eau retenue en amont de ces ouvrages ou d’en améliorer leur débitance. De manière similaire, installées dans le corps d’une digue, les hausses fusibles permettent d’évacuer des crues vers un réservoir tampon ou vers une surface choisie pour recevoir et stocker ces volumes d’eau, et ainsi protéger contre les inondations, les zones situées à l’aval des hausses fusibles.
Les brevets EP0434521A1 et EP0493183A1 décrivent de telles hausses fusibles. Les hausses fusibles sont des éléments auto-stables retenus à l’aval par des butées. Chaque module ou hausse se compose de trois parties : l’auge, la chambre de mise en pression et le puits d’alimentation. Un joint assure l’étanchéité du système et des purges drainent la chambre en cas d’alimentation de celle-ci. En fonctionnement normal, lors de la plupart des crues, l’eau s’écoule simplement par-dessus les hausses fusibles qui agissent comme un seuil libre déversant. En cas de crue exceptionnelle, la chambre de mise en pression d’une hausse est alimentée lorsque le niveau d’eau dépasse le sommet des lèvres du puits. Dès que les purges sont saturées, une pression s’établit sous la hausse qui la déséquilibre et la fait basculer vers l’aval. Au fur et à mesure de la montée de l’eau, les hausses basculent les unes après les autres. Leur cote de basculement est réglée avec précision par le calage altimétrique du puits, différent d’un groupe de basculement à l’autre. Les formes que peuvent prendre les hausses et les matériaux de construction permettant de les réaliser sont variées. Ils dépendent des impératifs techniques, économiques et environnementaux du projet dans lequel elles sont intégrées.
Toutefois, dans les situations climatiques de grand froid, et en l’absence de crues, la formation d’une couche de glace à la surface de la retenue peut générer, en raison des variations de températures et de la dilatation induite, une force de poussé horizontale sur les parois amont de la hausse, ce qui provoque un moment déstabilisant qui pourrait entraîner une mise en rotation du module. Cette mise en rotation pourrait éventuellement entraîner le basculement de la hausse fusible vers l’aval.
Le but de l’invention est d’associer une hausse fusible à un système permettant de briser une couche glace située à proximité de la partie amont de la hausse fusible.
A cette fin, il est prévu, selon l’invention, une hausse fusible pour un ouvrage hydraulique comportant une auge comprenant des parois permettant de fixer la retenue normale à une hauteur prédéterminée, une chambre de mise en pression ménagée entre la base de la hausse fusible et la surface supérieur du déversoir, des moyens de mise sous pression de la chambre en fonction d’une hauteur maximale prédéfinie d’un niveau d’eau en amont de la hausse fusible, la hausse fusible comportant en outre des systèmes permettant de briser la glace fixés sur la hausse.
Avantageusement, mais facultativement, la hausse fusible selon l’invention présente au moins l’une des caractéristiques techniques suivantes :
-les systèmes permettant de briser la glace comportent au moins un élément allongé dont une extrémité libre est positionnée à une hauteur correspondant à la présence éventuelle d’une couche de glace sur la retenue d’eau, inférieure à la hauteur de retenue ;
-les systèmes permettant de briser la glace comportent au moins un élément allongé en forme de « L » dont une extrémité est fixée sur l’auge ;
-l’extrémité est fixée soit par soudure, soit par boulonnage/vissage, soit par ancrage chimique ou mécanique sur la hausse fusible ou sur la barre de fixation ;
-l’élément allongé comprend une extrémité libre comportant une pointe ;
-la pointe de pique est orientée verticalement ;
-l’élément allongé comprend une extrémité libre comportant une plaque ; et,
-la plaque s’étend dans un plan horizontal.
-les systèmes permettant de briser la glace comportent au moins un élément allongé dont une extrémité libre est positionnée à une hauteur correspondant à la présence éventuelle d’une couche de glace sur la retenue d’eau, inférieure à la hauteur de retenue ;
-les systèmes permettant de briser la glace comportent au moins un élément allongé en forme de « L » dont une extrémité est fixée sur l’auge ;
-l’extrémité est fixée soit par soudure, soit par boulonnage/vissage, soit par ancrage chimique ou mécanique sur la hausse fusible ou sur la barre de fixation ;
-l’élément allongé comprend une extrémité libre comportant une pointe ;
-la pointe de pique est orientée verticalement ;
-l’élément allongé comprend une extrémité libre comportant une plaque ; et,
-la plaque s’étend dans un plan horizontal.
brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture des descriptions suivantes, en corrélations aux dessins annexés :
est une vue amont d’une hausse fusible équipée du système permettant de briser la glace selon l’invention en présence d’une couche de glace ;
est une vue de dessus de la hausse fusible équipée du système permettant de briser la glace selon l’invention de la figure 1 ;
est une coupe transversale de la hausse fusible équipée du système permettant de briser la glace selon l’invention de la figure 1 ;
et
sont des vues de côté présentant deux exemples de système permettant de briser la glace selon l’invention. ;
et
sont des coupes transversales de la hausse fusible équipée du système permettant de briser la glace selon l’invention en présence d’une couche de glace, en début de rotation sous l’effet du moment déstabilisant provoqué par la dilatation thermique de la couche de glace ; et,
et
sont des coupes transversales de la hausse fusible selon l’invention équipée du système permettant de briser la glace selon l’invention après un retour à sa position normale suite à rupture de la glace.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
En référence aux figures 1 à 3, nous allons décrire une hausse fusible 1 selon l’invention. La hausse fusible 1 selon l’invention comporte une auge 10 comprenant des parois 11 permettant le déversement à une hauteur prédéterminée. D’autre part, la hausse fusible 1 selon l’invention comprend une base 18 destinée à venir reposer sur un déversoir 3 d’un ouvrage hydraulique. La hausse fusible 1 selon l’invention est posée par gravité sur le déversoir 3 de l’ouvrage hydraulique. Des butées 16 aménagées sur le déversoir 3 empêchent le déplacement vers l’aval de la hausse fusible 1 selon l’invention. Les voiles 11 s’étendent depuis la base 18 de la hausse fusible 1 selon l’invention. D’autre part, la hausse fusible 1 selon l’invention comprend un lest 13 situé sur la base 18. Une chambre 15 est aménagée entre la base 18 et la surface supérieure du déversoir 3 de l’ouvrage hydraulique. Au surplus, la hausse fusible 1 selon l’invention comporte un puits 17 formant un moyen de mise en pression de la chambre 15, par une conduite hydraulique reliant les éléments 15 et 17. Le puits 17 présente des lèvres réglées à une hauteur maximale prédéterminée et propre à la hausse fusible 1 selon l’invention. Les documents EP0434521A1 et EP0493183A1 décrivent des hausses fusibles de ce type et peuvent être consultés pour de plus amples informations.
La hausse fusible 1 selon l’invention comporte, en outre, une série de systèmes permettant de briser la glace 20,25 qui s’étendent en saillie vers l’amont de la hausse fusible 1 selon l’invention, ici, depuis une face amont 12 de la hausse fusible 1 selon l’invention. Ainsi, les systèmes permettant de briser la glace 20,25 sont fixés sur et en amont de l’auge 10 de la hausse fusible 1 selon l’invention. Les systèmes permettant de briser la glace 20,25 sont fixés sur toute la largeur de la hausse fusible selon l’invention. Une barre de fixation 14 peut être prévue de sorte à assurer une répartition uniforme du système permettant de briser la glace 20,25 sur toute la largeur de la hausse fusible 1 selon l’invention.
En référence aux figures 4a et 4b, nous allons décrire plus en détail deux modes de réalisation de systèmes permettant de briser la glace 20,25. Selon un premier mode de réalisation, les systèmes permettant de briser la glace comportent un élément allongé 20, en forme de « L », comprenant une première barre horizontale 22 présentant à une extrémité un élément d’ancrage 21 et comportant à son autre extrémité une barre verticale 23 dont une extrémité libre comprend une pointe 24 de pique. Selon un deuxième mode de réalisation, les systèmes permettant de briser la glace comportent un élément allongé 25, en forme de « L » comme l’élément allongé 20 précédemment décrit. L’élément allongé 25 se différencie de l’élément allongé 20 par le fait que l’extrémité libre de la barre verticale 23 comporte une plaque 26 positionnée perpendiculairement à l’axe de la barre verticale 23. La plaque 26 s’étend alors dans un plan horizontal, une fois l’élément allongé 25 fixé sur la hausse fusible 1 selon l’invention. Les éléments allongés 20,25 sont réalisés à partir de matériaux tels que les alliages métalliques, les résines, association acier/béton, … En variante de réalisation, la pointe 24 et la plaque 26 peuvent être remplacées par d’autres géométries.
De manière à fixer les éléments allongés 20,25 sur la partie amont de la hausse fusible 1 selon l’invention, les éléments d’ancrage 21 sont configurés en fonction des matériaux formant la hausse fusible 1 selon l’invention. Dans le cas où la hausse fusible 1 selon l’invention a des voiles 11 de type métallique ou présente une barre de fixation 14, l’élément d’ancrage 21 est soudé ou boulonné/vissé à la structure de la hausse fusible 1 selon l’invention ou à la barre de fixation 14. Dans le cas où la hausse fusible 1 selon l’invention est en béton, l’élément d’ancrage 21 est directement ancré de manière chimique ou mécanique dans le béton formant la hausse fusible 1 selon l’invention. La fixation des éléments allongés 20,25 sur la face amont 12 de la hausse fusible 1 selon l’invention s’effectue de manière à ce que les pointes 24 et plaques 26 des éléments allongés 20,25 respectivement soient dirigées vers le haut, comme cela est illustré sur les figures 1 ou 3. D’autre part, la hauteur d’ancrage ou de fixation des éléments allongés 20,25 est choisie de manière à ce que la pointe 24 ou la plaque 26 se situe dans une éventuelle couche de glace 2 pouvant se former sur la surface de la retenue d’eau dans le cas de conditions climatiques extrêmes de grand froid. Cette hauteur d’ancrage ou de fixation est inférieure à la hauteur de retenue prédéterminée de la paroi 11 de la hausse fusible 1 selon l’invention.
En référence aux figures 5a, 5b, 6a et 6b, nous allons décrire le fonctionnement de la hausse fusible 1 selon l’invention qui vient d’être décrite en détail. De manière liminaire, dans la situation illustrée à la figure 1, la hausse fusible 1 selon l’invention est dans une position stable sur le déversoir 3 de l’ouvrage hydraulique. La hausse fusible 1 selon l’invention est agencée de sorte à créer un effort de poinçonnement ou de cisaillement dans la couche de glace 2 afin de briser celle-ci lors d’un début de rotation de basculement de la hausse fusible 1 selon l’invention autour d’un axe de rotation O situé au niveau de la butée 16 positionnée sur le déversoir 3 de l’ouvrage hydraulique. Ce début de rotation de la hausse fusible 1 selon l’invention est illustré par un angle θ sur les figures 5a et 5b. L’angle θ doit être suffisamment important pour induire des contraintes de cisaillement et/ou de flexion dans la couche de glace 2, à travers systèmes permettant de briser la glace 20,25 et ce jusqu’à rupture de ladite couche de glace 2, tout en restant inférieur à un angle θlimitecalculé et propre à la hausse fusible 1 selon l’invention pour lui garantir une stabilité générale jusqu’à la rupture de la couche de glace. Pour cela, la hausse fusible 1 selon l’invention est dimensionnée de sorte à induire une contrainte de cisaillement dépendant d’une poussée due à la dilatation thermique de la couche de glace 2. La rotation d’un angle θ de la hausse fusible 1 selon l’invention entraine un déplacement vertical de la pointe 24 ou de la plaque 26 de l’élément allongé 20,25 respectivement. Ce déplacement vertical Lvest caractérisé par la formule Lv= L.sinθ, dans lequel L est la projection verticale de la pointe 24 ou de la plaque 26 et l’axe de rotation O de la hausse fusible 1 selon l’invention situé au niveau de la butée 16, comme illustré figure 5a et 5b. Selon le mode de réalisation de l’élément allongé 20,25, ce déplacement vertical Lvva induire une contrainte de cisaillement ou de flexion dans la couche de glace 2. Cela va provoquer, dans le cas de l’élément allongé 25, une fissuration 4 de la couche de glace 2 à distance et en amont de l’élément allongé 25, et en particulier de la plaque 26. Dans le cas de l’élément allongé 20, la pointe 24 va créer une fissuration 5 au niveau de ladite pointe 24 de l’élément allongé 20. Ainsi, plus la poussée due à la dilatation thermique de la couche de glace 2 est importante, plus l’effort de cisaillement induit dans la couche de glace 2 sera important.
Un autre rôle est rempli par les systèmes permettant de briser la glace 20,25 de la hausse fusible 1 selon l’invention. En effet, lorsque la pointe 24 ou la plaque 26 est prise dans la couche de glace 2, cette situation induit une augmentation d’un moment stabilisateur de la hausse fusible 1 selon l’invention en créant une liaison entre la glace et la hausse fusible 1 selon l’invention. Cela s’ajoute à un moment lié à la contrainte d’adhérence agissant au niveau de l’interface glace/hausse fusible au niveau d’une surface de contact entre la couche de glace 2 et la hausse fusible 1 selon l’invention. Si l’angle de rotation θ de la hausse fusible 1 selon l’invention est nul, le moment additionnel induit par la liaison glace/systèmes permettant de briser la glace 20,25 est également nul. Ce moment additionnel tend à croître, dès que la hausse fusible 1 selon l’invention se met en rotation autour de l’axe O au niveau de la butée 16, quel que soit la valeur de l’angle θ non nul.
Un tel fonctionnement et rôle de la hausse fusible 1 selon l’invention permet d’avoir un moment stabilisant plus important comparé aux hausses fusibles de l’art antérieur et donc de reprendre partiellement ou en totalité les moments déstabilisants induits par les efforts de poussée liés à la dilatation thermique de la couche de glace 2 sur la hausse fusible 1 selon l’invention. Ainsi, cela permet de créer des efforts stabilisants après un début de rotation de la hausse fusible 1 selon l’invention et ainsi de contenir l’angle θ de basculement dans un intervalle (inférieur à θlimite) ne permettant pas un basculement complet de la hausse fusible 1 selon l’invention.
Une fois la couche de glace brisée, la hausse fusible 1 selon l’invention revient dans sa position initiale dans laquelle l’angle θ est nul, tel qu’illustré aux figures 6a et 6b, avec la création et la présence au sein de la couche de glace d’une fissure due ; à une rupture par flexion 41 et/ou à une rupture par cisaillement 51 au voisinage des éléments allongés 25,20 respectivement.
Une telle structure de la hausse fusible 1 selon l’invention qui vient d’être décrite et dont le fonctionnement a été présenté, permet de diminuer les poussées dues à la dilatation thermique d’une couche de glace 2 qui se forme sur la retenue d’eau en amont de la hausse fusible 1 selon l’invention dans le cas de conditions extrêmes de grand froid, et ce tout en évitant de perturber l’écoulement hydraulique. En effet, la stabilité de la hausse fusible 1 selon l’invention est régie par des moments stabilisants induits par des forces stabilisantes comme le poids propre de la hausse fusible, le poids du volume d’eau situé dans l’auge 10, etc., ainsi que par des moments déstabilisants qui sont induits par des forces déstabilisantes comme la pression hydrostatique de l’eau exercée sur la hausse fusible 1 selon l’invention, la sous-pression régnant dans la chambre 15 de la hausse fusible en cas de crue exceptionnelle et dans le cas de la présence d’une couche de glace 2, la force déstabilisante due à la dilatation thermique de celle-ci. De ce fait, la marge de stabilité de la hausse fusible 1 selon l’invention est la différence entre l’ensemble des moments stabilisants et des moments déstabilisants. Ce paramètre est toujours positif ou nul. Dans le cas où la marge de stabilité est nulle, la hausse fusible 1 selon l’invention se retrouve dans un état d’instabilité et une rotation, voire un basculement complet se produit.
Bien entendu, il est possible d’apporter à l’invention de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.
Claims (9)
- Hausse fusible (1) pour un ouvrage hydraulique comportant une auge (10) comprenant des parois (11) permettant de fixer la retenue normale à une hauteur prédéterminée, une chambre de mise en pression (15) ménagée entre une base (18) de la hausse fusible et la surface supérieur du déversoir (3) , des moyens de mise sous pression (17) de la chambre en fonction d’une hauteur maximale prédéfinie d’un niveau d’eau en amont de la hausse fusible, caractérisée en ce que la hausse fusible comporte en outre des systèmes (20;25) permettant de briser la glace (2) fixés sur la hausse.
- Hausse fusible selon la revendication 1, caractérisée en ce que les systèmes permettant de briser la glace s’étendent en saillie depuis une face amont (12) de l’auge.
- Hausse fusible selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les systèmes permettant de briser la glace comportent au moins un élément allongé (22,23) dont une extrémité libre (24;26) est positionnée à une hauteur correspondant à la présence éventuelle d’une couche de glace (2) sur la retenue d’eau, inférieure à la hauteur de retenue.
- Hausse fusible selon la revendication 3, caractérisée en ce que les systèmes permettant de briser la glace comportent au moins un élément allongé en forme de « L » dont une extrémité (21) est fixée sur l’auge.
- Hausse fusible selon la revendication 4, caractérisée en ce que l’extrémité est fixée soit par soudure, soit par boulonnage/vissage, soit par ancrage chimique ou mécanique sur la hausse fusible.
- Hausse fusible selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que l’élément allongé comprend une extrémité libre comportant une pointe (24).
- Hausse fusible selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pointe de pique est orientée verticalement.
- Hausse fusible selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l’élément allongé comprend une extrémité libre comportant une plaque (26).
- Hausse fusible selon la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque s’étend dans un plan horizontal.
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