ouvr hydr ecoul
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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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Laboratoire de Constructions Hydrauliques
Hydraulique des ouvrages
Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Laboratoire de Constructions Hydrauliques
Hydraulique des ouvrages
Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Hydraulique des ouvrages
Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Hydraulique des ouvrages
Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Hydraulique des ouvrages
Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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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Hydraulique des ouvrages
Ecoulements souterrains autours des galeries et drains
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