ouvr hydr ecoul

7/29/2019 Ouvr Hydr Ecoul

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COLE POLY TECH NIQUEFDRALE DE LAUSANNE

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

Hydraulique des ouvrages

Ecoulements souterrains autours des galeries et drains

Hydraulique des ouvragesContenu du cours

Hydraulique des ouvragesContenu du cours

1) Canaux et cours deau2) Conduites en charge

3) Dversoirs4) coulements sous vanne et bassins amortisseurs5) coulements souterrains autour des galeries et drains6) Ponceaux7) coulements travers les grilles8) coulements autour des obstacles et sdimentation


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rivire

Ouvrage de

restitution

Prise

d'eauRservoir Prise d'eauBarrage

Seuil/

barrage

Ouvrage

d'exploitation

Ouvrages dadduction

(conduites damene)

Ouvrages

de fuite

lments dutilisation des constructions hydrauliques

lments dutilisation des constructions hydrauliques


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Utilisation des galeries et puits - caractristiques gnrales

Utilisation des galeries et puits - caractristiques gnrales

Systmes d'adduction d'eau en charge consistent aux ouvrages suivants:

galeries en charge puits en charge

conduites forces

chambres d'quilibre

Ralisation dans le cadre des amnagements hydrolectriques et pour lesadductions d'eau potable et d'irrigation

Rle dans le cadre des amnagements hydrolectriques:relier la retenue (ou bassin de compensation) la centrale hydraulique

Objectifs: limiter les pertes de charges ainsi que les pertes d'eau au minimum Galerie en pression: radier faible pente (< 10 %) pression int. modrePuits en pression: radier forte pente (> 10 %) pression int. importante


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Galeries et puits en charge pour des amnagementshydrolectriques

Galeries et puits en charge pour des amnagementshydrolectriques

Fentres d'attaque

Centralesouterraine

Fentre d'attaque

Galerie en charge

Puits encharge

Chambre d'quilibre

Puits de captage intermdiaireet d'aration

Prise d'eau

Retenuemax.

min.

Pentes longitudinales:Galeries en charge: 0.4 % (min) 2%/12% (max)Puits en charge: 90% vertical


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Hypothse dune percolation laminaire et radial - symtrique

Permabilit homogne dans un milieu poreux: gradient logarithmique

Permabilit suite une fissuration radiale: gradient linaire

Estimation des fuites d'eau dun tube permableEstimation des fuites d'eau dun tube permable

2

ln

ai

E E

a

i

ppk

g gq

r

r

=

( )

=

3(2 )

12 /

ai

E E

E a i

ppa ng g

qr r g

qB: fuites travers le tube (par m de longueur)

pi: pression intrieure

pa: pression extrieure

ri: rayon intrieur du tube

ra: rayon extrieur tubekB: permabilit du tube selon Darcy

E : densit de l'eau

(2a): ouverture des fissures radialesn: nombre de fissures radiales

E: densit de l'eau

nE: viscosit cinmatique de l'eau (pour 20oC env. 10-6 m2/s)


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Galeries horizontales situes au-dessous de la nappe phratique

Estimation des fuites d'eau: galerie non revtueEstimation des fuites d'eau: galerie non revtue

la charge dun coulement dans un milieu

homogne est dcrit par lquation deLaplace (voir cours coulements souterrains)

les conditions aux limites du problme sont:h = 0 sur le toit de la nappep = pi sur le pourtour de la galerie

Malgr cela il nexiste pas de solution simple lquation de Laplace Pour simplifier le problme, la condition p = pi

sur le pourtour de la galerie est remplace parla charge pi/Eg - b au centre de la galerie

selon la thorie des images la percolation

autours de la galerie correspond duncoulement entre une source distanc ded = b - (b2- ri)

1/2 en-dessus du centre de lagalerie et dun puits fictive symtrique lanappe

percolation

nappephratique

surface du rocher

b

pi


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Galeries horizontales situes au-dessous de la nappe phratique

Estimation des fuites d'eau: galerie non revtueEstimation des fuites d'eau: galerie non revtue

+

= +

2

2

ln 1 1

iR

E

i

i

pk b

gq

rb

r b

ri : rayon d'excavationkR: permabilit du rocher

Pour b >> ri la source peut tre mise

directement dans le centre de la galerie eton obtient:

percolation

nappephratique

surface du rocher

b

pi


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Puits verticaux situs au-dessous de la nappe phratique

Estimation des fuites d'eau: puits non revtusEstimation des fuites d'eau: puits non revtus

+ =

2

ln

iR

E

i

pk b

gq

Rr

R 10100 ri(rayon d'influence de la percolation)

ri > rayon d'excavation

ri

R


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Estimation des pertes d'eau (galerie non revtue)Estimation des pertes d'eau (galerie non revtue)

Solution par la superposition dun coulementparallle entre deux parois (gravitaire) et duncoulement radial dune source au centre de lagalerie selon Bouvard et Niquet

bB = aBln2

piE g

34ri = aB

2 ln aB

ri

qR = aB kR

quation pour calculer aB

Galeries horizontales situes au-dessus de la nappe phratique (en terrain "sec")Galeries horizontales situes au-dessus de la nappe phratique (en terrain "sec")

ri : rayon d'excavation

aB/3

surface du rocher

aB

bB

ligne de saturation


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Estimation des fuites d'eau - Effet d'un revtement en btonEstimation des fuites d'eau - Effet d'un revtement en bton

qB: fuites travers le revtement (par m de longueur de la galerie)pi: pression intrieure

pa: pression extrieure (inconnue)ri: rayon intrieur du revtementra: rayon extrieur du revtement(2a): ouverture des fissures longitudinales dans le bton,

Dh=2(2a)

n: nombre de fissures longitudinalesE: densit de l'eauE: viscosit cinmatique de l'eau (pour 20oC env. 10-6 m2/s)kB: permabilit du bton (sans fissure) (typiquement 10

-8 m/s)

( ) ( )

( )

( )

( )

= +

32 2

12 ln /i a i a B

BE a i E E a i

p p a n p p k

q r r g r r

Applicable que pour un coulementlaminaire et parallle dans les fissures:

= =

2 96

,2 h e

v f

J fg D R


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Estimation des fuites d'eau - Effet dune zone de rocher fissur ou injectEstimation des fuites d'eau - Effet dune zone de rocher fissur ou inject

qF,I: fuites travers la zone fissure ou injecte (par m de longueur de la galerie)pa: pression intrieure de la zone fissure ou injectePf,i: pression extrieure de la zone fissure ou injectera: rayon intrieur de la zone fissure ou injecterf,i: rayon extrieur de la zone fissure ou injectekF,I: permabilit de la zone du rocher fissur ou inject ( 10-7 m/s)

( )( )

, ,,

,

2ln /

a f i F I

F I

E f i a

p p kqg r r

=


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Estimation des fuites d'eau pour des systmes composs de plusieurs zonesEstimation des fuites d'eau pour des systmes composs de plusieurs zones

= = =,B F I Rq q q q

Systmes composs comme (en-dessus ou en-dessous de la nappe phratique):

9 Galerie en charge revtue de bton (fissur ou non fissur)9 Galerie en charge revtue de bton (fissur ou non fissur) avec une zone de rocher fissure9 Galerie en charge revtue de bton (fissur ou non fissur) avec une zone de rocher injecte

Problme: les pressions interstitielles aux interfacesdes diverses zones sont inconnues

Solution: Application de lquation de continuit:

Autant dquations que dinconnues

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