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Ouvrages hydrauliques déversoirs .pdf



Nom original: Ouvrages hydrauliques déversoirs.pdf
Titre: Méthode de l'hydrogramme critique
Auteur: Dubois Jérôme

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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Eléments
Elémentsd’utilisation
d’utilisationdes
desconstructions
constructionshydrauliques
hydrauliques
riv


re

Équipé par
déversoirs

Ouvrages
de fuite

Ouvrages d’adduction
(conduites d’amenée)

Seuil/
barrage

Prise
d'eau

Réservoir

Barrage

Prise d'eau

Ouvrage
d'exploitation

Ouvrage de
restitution

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FÉ DÉRA LE D E LA USAN NE

Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Seuil
Seuilet
etbarrages
barrages
Niveau
variable

Déversoir
Coursier

Bassin amortisseur
Protection contre
érosion locale

Alluvionnement

Joint

Marche positive

Ecran d ’étanchéité

À
À Barrages
Barrages mobiles
mobiles

Barrages
Barrages fixes
fixes ¿
¿
Niveau
constant

Vanne segment
Pilier

Parafouilles

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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs
Buts
Butsdes
desseuils
seuilset
etdes
desbarrages
barragesen
enrivières
rivières
1

Ouvrage de réglage et de contrôle pour une prise d’eau ou
une centrale hydroélectrique.

2

Dispositif de mesure de débit.

3

Point fixe dans un cours d'eau pour limiter les érosions du lit.

En
combinaison
avec une prise
d’eau

Diriger le courant vers la prise d’eau.
. Augmenter et contrôler le niveau d’eau.
Diminuer la vitesse de l’écoulement.

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

Faciliter le
captage
d’eau

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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Types
Typesde
dedéversoirs
déversoirsnon
noncontrôlés
contrôlés
Déversoirs
Déversoirsrectilignes
rectilignes(vue
(vueen
enplan)
plan)
.
........

Crête perpendiculaire
à l’axe

érosion

Crête oblique par
rapport à l ’axe

Déversoir latéral

Déversoirs
Déversoirsnon
nonrectilignes
rectilignes(vue
(vueen
enplan)
plan)

Ronde

Labyrinthe polygonal

Circulaire

Marguerite

Evacuateurs en puits

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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Utilisation
Utilisationdes
desdéversoirs
déversoirs
H

Dispositif
Dispositifde
demesure
mesure

H
Q = f(H)
Q

Réservoir
artificiel

Barrage
voûte

Lac
naturel

Vanne
clapet

Evacuateur
Evacuateurde
decrues
crues

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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Types
Typesde
dedéversoirs
déversoirs

a)

Coupe longitudinale (en mince paroi, à seuil épais, à crête arrondie)

b)

Coupe transversale (profil rectangulaire, trapézoïdal, rectangulaire avec pilier

c)

Vue en plan (à crête perpendiculaire et oblique à l’axe, déversoir latéral

d)

Types d’écoulement (dénoyé, noyé, adhérent).
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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Déversoir
Déversoiren
enmince
minceparoi
paroi
Charge amont dur le déversoir selon
Bernoulli:
Q2
H = ho +
2 gb 2 (ho + w) 2

Capacité du déversoir selon Poleni:
3

Q = C db 2g ⋅ ho 2

Coefficient du débit selon Rehbock:
Déversoir en mince paroi standard
a) Définition de la géométrie
b) Détail de la crête

Cd

=

⎡ 0,135h o ⎤ ⎡ 0, 0011 ⎤
0, 4023 ⎢1 +
⎥ ⎢1 +
w
h o ⎥⎦

⎦⎣

3

2

Valeur moyenne: C d = 0.42
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Déversoirs

Déversoir
Déversoiren
enmince
minceparoi
paroi
Coefficient de débit C d = 2 3 µ = f ( h , w )

Valable pour

0

Cd

⎡ 0,135h o ⎤ ⎡ 0, 0011 ⎤
= 0, 4023 ⎢1 +
⎥ ⎢1 +
w
h o ⎥⎦

⎦⎣

3

ho / w <

2

1

2

, ho / b <

1

2

0.07 m ≤ h o ≤ 0.06m
b ≥ 0.30m

est un facteur de correction qui tient compte que

w ≥ 0.30m

• heff < h sur la crête
• lignes de courant ne sont pas parallèles
• la répartition des pressions n’est pas hydrostatique
• la répartition des vitesses n’est pas uniforme
Valeur moyenne: C d = 0, 42 ( µ = 0, 63 ) pour h o < 1 3 w
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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Déversoir
Déversoiren
enmince
minceparoi
paroi
Répartition des pressions et des vitesses

Nappes inférieure et
supérieure d’un déversoir
en mince paroi standard,
H /w→0 ;
répartition transversale de
la pression relative p / ( ρ g H )
(1)
et de la hauteur de vitesse
relative V 2 / ( 2 g H ) (2)

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Déversoirs

Déversoir
Déversoiren
enmince
minceparoi
paroi
Répartition transversale de la pression relative et de la composante de la vitesse
relative

Répartitions transversales de la pression relative p / ( ρ g H ) et de la composante
de la vitesse relative u / ( 2 g H )
a) Section du déversoir, b) section contractée
1

2

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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Déversoir
Déversoiren
enmince
minceparoi
paroi
Nappes généralisées d’un déversoir en mince paroi

• L’effet de la tension superficielle est
négligeable
si H > 0.05 m
(à considérer pour les modèles réduits)
• Viscosité du fluide n’influence guère la
géométrie des nappes

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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Déversoir
Déversoir standard
standard
Pour éviter des zones de sous-pressions le long du radier, la nappe
inférieure du déversoir en mince paroi pourrait être reprise comme
géométrie du déversoir à crête fixe. Théoriquement ainsi une pression égale
à zéro le long du radier est garantie.

a) déversoir en mince paroi standard et b) déversoir standard correspondant
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Déversoirs

Capacité
Capacitédu
dudéversoir
déversoirstandard
standard
• la charge H est mesurée à partir de la crête du déversoir standard

Q = Cd b 2 g H
Cd

3

2

: coefficient du débit du déversoir standard qui dépend de la charge H

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Déversoirs

Géométrie
Géométriedu
dudéversoir
déversoirstandard
standard
Définition géométrique de la crête du
déversoir standard à parement amont
vertical
a) définition du système des coordonnées, 1
quadrant amont, 2 quadrant aval
b) détail du quadrant amont (tous les chiffres
par rapport à H D = 1m).
Définition selon USCE
1 1,85
−Z =
X , X >0
2

X = x / HD
Z = z / HD
X >O

Tableau: Origines O, rayons de
courbure R et domaines de validité
relatifs à HD du déversoir standard
(quadrant amont).
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Déversoirs

Déversoir
Déversoirstandard
standardààparement
parementamont
amontsurplombant
surplombant
Pour économiser du béton le parement amont est modifié en ménageant une saillie:

Recommandé:
M /N >
M / HD ≥

0.5
0.6

Déversoir standard à parement amont surplombant
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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Effet
Effetde
decharge
chargesur
surle
ledéversoir
déversoirstandard
standard

Déversoir standard et nappes provenant
1 H / HD = 1

2

et 2 H / H D = 3

2

de déversoirs en mince paroi standard

Déversoir standard ( ― ) profil de
surface et (…) ligne de pression pour
diverses charges relatives H/HD
(écoulement plan)
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Déversoirs

Effet
Effetde
decharge
chargesur
surle
ledéversoir
déversoirstandard
standard

Déversoirs standards:
a) Profils de surface, ( ― ) axial
entre les piliers, (---)
écoulement plan; pressions
relatives au fond
b) Écoulement plan
c) Axiales entre les piliers
d) Le long des piliers

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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

Effet
Effetde
decharge
chargesur
surle
ledéversoir
déversoirstandard
standard
Effet de la charge relative H/HD sur le coefficient de débit Cd

Cd / CdD = ( H / HD )

0,12

donc
Q / QD =

(H / HD )

1,62

Valable pour
H / HD → 0

0.2 < H / H D < 2

: Cd = 0.385

H / HD =

1 : Cd = 0.494

H / HD >

2 : Cd → 0.55

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Hydraulique des ouvrages
Déversoirs

- Déversoirs

Effet
Effetde
decharge
chargesur
surle
ledéversoir
déversoirstandard
standard
H
=1
HD

H
<1
HD
H
>1
HD

Ö L’écoulement sur le déversoir standard correspond à celui d’un déversoir
en mince paroi si la charge H sur ce dernier est égale à la charge de
dimensionnement HD (pour laquelle la géométrie a été définie): pressions
sur le radier négligeables; Cd = CdD = 0.494
Ö Le déversoir standard est surdimensionné:

Š pressions sur le radier sont plus fortes mais positives: acceptable
Š le coefficient de débit diminue (Cd < CdD); H / Hd Æ 0 ; Cd Æ 0.385
Ö Le déversoir standard est sousdimensionné:
Š le coefficient de débit augmente (Cd > CdD)
Š pressions sur le radier deviennent négatives (sous-pressions: risque de
cavitation si H / HD > 1.4 ou l’écoulement se sépare du déversoir).

En
Enpratique
pratiqueon
onaccepte
accepteH/H
H/HDD==1.1
1.1àà1.3
1.3
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Déversoirs

Effet
Effetde
decharge
chargesur
surle
ledéversoir
déversoirstandard
standard
Champ de vitesse normalisé de l’écoulement par-dessus un déversoir standard

Champ de vitesse normalisé
de l’écoulement par-dessus
un déversoir standard
a) H/HD = 1
b) H/HD = 2
Répartition de la pression
de fond (…).

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Déversoirs

Effet
Effetde
decharge
chargesur
surle
ledéversoir
déversoirstandard
standard
Limite supérieure de la charge
Surélévation du plan d’eau
0,08
∆H s / H D = ⎡( H n / H D ) − 1⎤ ( H n / H D )



Séparation de l’écoulement d’un déversoir standard,
a) dû pilier malformé,
b) dû à la géométrie du fond non conforme. (---) profil
de surface non séparé, (―) profil de surface séparé.
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Déversoirs

Effet
Effetde
decharge
chargesur
surle
ledéversoir
déversoirstandard
standard
Limite supérieure de la charge

En pratique des rapports de
H/HD = 1.1 à 1.3 sont acceptables
sans risque de cavitation.

Domaines de cavitation provoquée par un déversoir standard.
(―) début de la cavitation, (…) cavitation accomplie,
charge H(m) en fonction du rapport H/HD
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Déversoirs

Déversoirs
Déversoirsààseuil
seuilépais
épais
Forme trapézoïdale / polygonale
Capacité du déversoir polygonal

Q = C d ceb 2 g ⋅ H

3

2

ce : coefficient de correction

Déversoir à seuil épais,
géométrie polygonale.

ce = 1 -

2sinθ
9 (1+ξ e4 )

(

)

ξ e = H − w / Le

pour w >> H
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Déversoirs

Déversoirs
Déversoirsààseuils
seuilsépais
épais
xa / H

x/H

Q=Cd⋅b⋅

3
2⋅g⋅H 2

H
hc

séparation de l’écoulement
⇒ sous-pressions

ha
Ls

avec Cd = 0.326
si 0.1 < σω < 0.4 (seuil large)
⇒ ha = 0.20 · H
xa = 0.44 · H

Facteur caractéristique
σω = H / Ls

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Déversoirs

Déversoir
Déversoir standard
standard noyé
noyé
Capacité d’un déversoir standard
noyé

Q = Cd Sb 2 g H

3

2

Coefficient de submersion

(

Déversoir noyé pour lequel
l’écoulement dépend des charges
amont H et aval Hu.

S = 1 - ( Hu / H )
avec

2

)

1

2

H = Vo2 / 2 g ou Vo = Q/ ( ( h o + w ) b )
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Déversoirs

Déversoir
Déversoir standard
standard noyé
noyé
Réduction du coefficient de débit en
fonction de la perte de chute relative
pour une géométrie du déversoir donné

( hu +

∆h ) / H

Réduction ∆Cd du coefficient de débit [%],
en fonction de ( hu + ∆h ) / H et ∆h / H

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