tectrnica

FORCEES LES CONDUITES

L 1 r e A R T I E :A C O N C E P T I O N P

tt@etl( . H . J U E N E T E . C . L5 0 )

par la Dansle couplehydromcanique, conduiteforcese diffrencietrs nettementde la turbinede son approchetechnique. une part impormtallique"ncessitant de En effet, une conduiteforce est un "ouvrage construction "travaux sur site",y comprisdes travauxde gnie civil, alors que la turbineest une "machine tantede d'usinage' de ncessitant gros moyens mcanique" seront que ll apparaten consquence leshommesqui prendrontla matrisede ces technologies diffrents: Ferrand' Georges JohannyJoya,AugusteBouchayer, des con' marqula technologie Mtiersde Cluny,a particulirement Ce dernier,Ingnieurdes Artset se dont plusieursralisations d'auto-frettage A 1953. son actif,ta technique de duites forces 1g10 trouventen Francemais aussien Grceet au Japon. hors sol lesconduites les conduitesenterres Ies conduiteslibres- en galeries Ies puits ou galeriesblinds les pices de bifurcation. En effet, ce n'est que dePuis I'utilisationdu calcul informati' que (logicieltype TANGO Par que nous pouvonsparexemple) les faitementdterminer contraintesen tous points de la conduite,la valeurdes dPlace" ments,les ractionsaux Points et d'ancrage sur lesa7quis intermdiaires. La course la plus forte Puis' sanceconduit des hauteurs de chute de plus en Plus grande des (c'est--dire Pression plus en plus forte),ainsi qu' l'utilisationdu plus grand diamtrepossible.

hors Lesconduites solmais inciSolutionconomique, thermidencedes variations lorsque ques trs importantes la conduiteest vide. maxima: + 50 oC Tempratures + 60oC minima: - 10 oC Tempratures - 300c.

Pour matriserles dPlacements La solution des tuyauxautofrettsa permis de raliserdes sont deux mthodes rsultants, recordsdans ce domaine. utilises:

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de types Lesdiffrents force conduiteL'volutiondes conduitesfor' ces a t marque Par de nom' accidentssur les Prebreux : miers ouvrages aplatissements clatements excessives dformations glissements ierrain de etc. avalanches,

la "nthode suisse" con' siste bloquerles coudes par des massifsd'ancrageet des "ioints de d'interposer entreceux-ci dilatation" ; la "mthodefranaise"consisteau contraire laisser les coudeslibresde manire absorberles dPlacements par dformation. ll est parfoisiudicieux d'utiliser sur Ie mmeouvrageles deux mthodessuivantl'alluredu p r o f i le n l o n gd e l a c o n d u i t e . Surle plan calcul,si la d e s m t h o d e u i s s e s ts i m P l e e uvre,il n'en est Pas mise en de mmeavec la mthode franaise.

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le En consquence, choixdu type de conduiterevt une grandeimportance. On cltstlngue:

mise au Point Cettetechnique par Georges Ferranda t utili' Bou' se par les Etablissements chayeret Viallet Grenoble. Elle consiste Placerentre les plateauxd'une pressehYdraulique (F = 7 000t) un ensemble formpar : - un tuyau ralisen tle d'acierdont la limite lastique est de l'ordrede 36 K/mm'; - une sriede frettesen acier forg dont la limite lastique pla' es| de l'ordrede 100K)mm2 du cessur I'extrieur tuYau. des L'espacemenl frettestant ralissuivantdiffrentscritres, le tuyau est alors soumis une pressionintrieure.

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Cettepressionest alors Porte une valeurtelle que la limite lastiquedu tuyauest dPas' se. ll s'ensuit une dformation plastiquede celui-ci,les frettes restantdans un domainelastique : la pressionintrieure tant ramene une valeur nulle, les frettesdu fait de leur alors un lasticitprovoquent frettagedu tuyau. de franaises Lesralisations ce typesont les suivantes: Bissorte(1932) m : Diamtre 1,80 m de Hauteur chute: 1 144 3 Longueur: 000m CV Puissance:95.000 (1948)' Malgovert : Diamtre 2,20m Hauteurde chute: 750m x Longueur:2 1700m 450 Puissance: 000CV Pragnre(1950) m : Diamtre 1,80 de Hauteur chute: 1 252m Longueur:1 990m Puissance:200000CV (1956) Roselend Diantre: 3,00m de Hauteur chute: 1 250m 2 Longueur: 500m : Puissance 500000KW cettetechnique Actuellement n'estplus utilise.car la Pr' sencesur le marchd'aciers traits(limitelastiquede l'ordre de 70 K/mm') offre des solutionsbeaucoup PIus conomiques. Paralllement la monteen pui ssance,certai nes i nstalIaen uvredes tions mettaient dbits de plus en Plus imPon Tel tants (60m3/sec). est le cas de de I'amnagement la Basse Cet Durance. amnagement et buts hydrolectrique agricole comprendune srie d'usinesen cascade.Il s'agit dans I'ordre: (1959) St-Estve 3 conduitesforces A 5,50m, puissance 140MW.

M a l g o v e r t C o n d u i t e sa u t o - f r e t t e s . C o n d u i t e sf o r c e sd e M a l l e m o r ts u r l a D u r a n c e

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(1971) Mallemort 3 conduites forcesA 5,50m, p ut s s a n c e 92 MW

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(1967) Salon 3 conduites forces 5,50m, O puissance 92MW(1967) St-Chamas 3 conduitesforcesA 5,50m et 5,00m, puissance150MW.

bton,ainsi qu'uneprotection extrieure onreuse parfois d'une procomplte tection cathodique. des conduitesen acier avec revtement extrieuren bton arm. Cettesolutionassocieen fait deux technologies complmentaires : , la peau intrieure assure l'tanchit la reprise et d'une partie des efforts dus la pressionintrieure, , I'enrobage extrieur assure la reprise des efforts d'ovalisation dus au remblai et la protectiondu tuyau.

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Cette mthodea t applique lors du renouvellement de l'amnagement Motz en de Savoie(ralisation 1987). - Diamtreintrieur: 6,00m - Hauteurde chute: 35,00 m - Longueur: 370,00 m - Tleparticipantee = 6mm - Hauteurde remblai: 1,20 m Le dimensionnement t cona duit de la maniresuivante : - Evaluation des effortsglobaux M, N, T dans les diver. ses sectionsde la conduite et pour diffrentscas de charge; Calculsuivantles rglesdu B.A.E.L.83 considrant en la tle commeune section d'armatu i ntrieures ; res Le non'glissement la de peau sur le bton est assur par des lmentsde jonction forms de treillis tridi. mensionnels. L'utilisationde ce treillis fait I'objet d'un brevet.ll permeten effet de raidir l'lmenttrs instable reprsentpar un cylindre de grand diamtreet de faible paisseur.

(CMETerreCes ralisations noire)reprsentent recorden un ce qui concerneles plus grosses conduiteshors sol en France.Etant donnle diamtre, il tait ncessaire limiter de les efforts dus aux variations thermiques transmisaux ouvra' ges de gnie civil. L'utilisation de "joints ondes" entirement S'ajoutant la difficult de raralissen tle soudea perlisation,l'tude du comportemis de solutionner d'une ment de chaque constituant manirelgantece problme.n'pcl nac virlonla

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Lesconduites enterresOn trouveleur utilisationdans les cas suivants : - chute de pierres, - avalanches, - rtablissement site. du Pour des pressionsfaibleset des diamtresinfrieurs 3,00m sont utiliss: - des conduitesen fonte, - des tuyauxen bton me tle type tuyauxBonna. plus imporPourdes diamtres pressionsplus tants ou des fortes : - des conduitesen bton pr-contraint ; des conduites acier; en Cette solutionncessiteun grand nombrede raidisseurs la ncessit dans ; certainscas d'un radieren

Une "nouveaut" mise au point par L.E.E.|. consiste donner la tle un rle mcanique quivalent celui de la classique napped'armatures internesdes conduitesen bton arm moyennant certainesdispositions constructives d'ou le nom de: "conduites en bton arm avec tle participante"

Conduite e Motz. d

Toutefoisdeux hypothses implicitesdans cette approche sont a priori sujettes caution: - La rpartition des efforts globauxM, N et T n'est-elle pas modifiepar la non. Iinaritdu comportement de la structure? - Ncessit d'valuer d'une manireplus rigoureuse les efforts dans les lmentsde connexton. Une modlisation t mise en a uvre partir du programme d'lmentsfinis ANSYS stasur tion de travailAPOLLO.

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Une validation du modle a t tentepar une instrumentation d'une sectionde la conduitede Motz.

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Malheureusement surune des efforts dus au valuation remblaid'une part, ainsi que I'utilisationd'un bton de forte rsistance bloquantla fissuration d'autrepart, les rsultats

ou libres Conduites engalerie Puits galeries blinds de Variante la conduitehorssol, la conduiteest installe dans une galeriedont les doiventpermettrele dimensions II arriveque.soit pour des questions de site, soit pour des questi s de concepton, i on En I'usinesoit souterraine. effet, pour les stationsde transpar fert d'nergie pompage (S.T.E.P.), niveaudes le doit turbines-pompes tre endessous niveaudu bassin du infrieur. a Le fait d'usinesouterraine pour consquence concevoir de d'amene dans le les ouvrages mmemilieu. Suivantla naturedu rocher,la le hauteurde couverture, conpeut choisirentre: cepteur - Ie rochernu brut de droctage: I'usagedu tunnelier donneun tat de surtace trs convenable ; - un revtement bton de armou non; - un blindagebloquau rocner. solution, Dans cette dernire bien qu'tanttrs li aux travauxde gnie civil, ce blindage entre dans le cadre de la techi nologi e de I'hydromcanque. rne Son di mensionnementconce de en premierlieu l'paisseur la tle. Depuislongtempsle concepteur a t sduitpar I'idede profidu ter de la rsistance terrain pour lui faireprendreune part des efforts dus la pressionde I'eau dans la conduite,et raliser ainsi de substantielles conomies. Diverses tentatives ont t faites dans ce sens mais toujours par tempres une double crainte: - I'aplatissement blindage duc,nttql'pffef ries nrps9iOnSv v v y I v v \

d C o n d u i t e e M o t z- P r f a b r i c a t i o n n'ontpu conduire obtenus une conclusionvalable. Le problmede transportde I'eau avec de gros dbitspouvant se dvelopper dans I'avede nir, un programme recher chesest actuellement l'tude auprsdu ministrede la Recherche de Ia Technologie. et libre accspour visiteset entretien. Elles ne sont utilisesque dans des cas particulierstels que conduitesous diguepar exemple. la galerietant utiliseen premiretape commegalerie de drivation.

C o n d u i t ed e M o t z e n c o u r s d e b t o n n a q e

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lors extrieures de la vidange la conduite de ;

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rl enfrcticn sont nlrrsnuisibles qu'efficaces (usinede Brommat : 100m de blindageaplati nnAe t pnnendrp< nar la q 4 n, paisseur15 23 mm). ran^rl ettr na tarrain l'gJ'19 En consquence drainage un n a r l i e d o c o f f, _t . . _n a r , ' r e s p o n .n est et ne restera efficaceque - , nr c _ _ 4^^t ^ t^ ^"^^^:^^ 1 s il pst srtsr:pntihlp dp Sufveiloant a ra presston . I eau oe l2nr t d'anlralian nc q u tc o n -J dans la conduite. duit une solutionrelativement Toutcela a fait que.sauf peutonereuse. tre quelquescas isols,Ies Beaucoup projets de conduitesforces d'auteurset particu(Amstutz) lirement Suisse en bloquesau rocherpar du ont tabli des mthodesde calbton ont t trs timides. culs sur le flambaged'un blinDans les meilleurscas on dage bloquau rocher(dfinin'auraitpas sollicitla tle aution de la pressioncritique).On del de sa limite lastiquedans n o t r l d i q t i n n t t a r (toutethorique) I'hypothse ou - les hlindaocs /issps: PCr en cette tle aurait t libre, et ce fonction dc l'neissgLll g[ jg pour Ia pressionmaxfmale de le limita laclintta' service(conduites de - le blindageraidi : Pcr en Grand-Maison). fonctionde l paisseur, de L'exprience montreque la plula Iimite lastique, I'carde part des accidentsde conduites tementdes raidisseurs, de forcesbloquesau rochersont leur sectionet de leur dus la pressionextrieure. . inertie; - Ie blindage Plusieurs tentatives t faiont avecancrages: Pcr en fonctionde l'paistes pour essayerde s'affranchir rlc cps pffpts I'irlp dp rlfainer seur.de la limite lastique. du nombred'ancrages. le terrainou le bton autour de la conduiteest tout naturelleII apparatque la solutionla ment venu I'esprit. expL plus conomique consiste cal. riencea montrque ces draina- culer la conduiteen fonctionde ges n'tantpas susceptibles la pressionextrieure, valeur la le dchirement la tle de la suite de dformations du terrainplus ou moins homoB i f u r c a t i od e R e v i n,.Z 5 , 4 0 m x 2 x 3 , 3 0 . n m

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de celle-cipouvanttre matrise par des galeriesde drainage transversales. ll reste toutefoisque le dimensionnementdes paisseu rs sous I'effet de la pressionint. rieure doit faire intervenirle rocher.Pour ceci il faut que soient connuesles caractristiques mcaniques rocher, du soit par des mesureseffectues dans des galeriesde reconnaissance,soit par des essais en pressionsur un modle (Super-Bissorte). Sur le plan de Ia ralisation on distingue: Lesdescenderiesgaleriesblin: des dont la pente variede 40 100% (1980) Grand-Maison 3 conduites : Diamtre 3,00m : Hauteur chute: 950m de Longueur:3 1730m x Puissance: 800MW 1 (1982) Super-Bissorte 1 conduite : Diamtre 3,00m : Hauteur chute: 1 150 de m Longueur: 530m 2 Puissance: MW 720

r.;:t , I

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Lespuits : blindagesverticaux. de Renouvellement l quipement de l'arc moyen.Orelle.La puits Il, Saussaz L'Echaillon, blindsq 4,00m, hauteursrespectives83 m, 200m, 130m. des Amnagement Bois avec une prise d'eau glaciresous Ia m, mer de Glace: diamtre 1,60 hauteur m. 300

: deux blindages le risquede flambage tantnul tant de donnl'paisseur bton.

Lespices de bif urcation

Ces pices sont ncessaires lorsquele nombrede machines Blindage la chenined'qui- est suprieur celui des de conduites. Iibre de Grand-Maison: diamm, tre 10,00 hauteur200m. EIlesdoiventrespecterun profil ique permettantune hydraul Enfin.une solutionoriginalea perte de chargeminimaleet de pour la chutede t adopte nombreux brevetsont t dpopuits diamtre6,00m, Sisteron, ss dans ce domaine. hauteur140,00 m. Elle consiste la mbe en place La perte de chargedans le tuyauprincipaln'est presque de deux btindages par Ia prsence pas influence : concentriques de la tubulure.Par contre la 1 blindageintrieur. diamtre perte de chargepour Ie dbit 6 6,00m, paisseur 12mm drivdans Ia tubulureest plus diamtre 1 blindageextrieur, : importante ceci provientde la 6 6,50m, paisseur mm. dviationassezbrutaledes filets liquides I'entrede la L'espacecomprisentre les rempli de tubulure. deux blindagesa t bton.II rsulteque Ie systme En consquence, concepteur Ie : obtenupermet recherchera tracsharmodes - le renrisc la nrcssion rtc nieux dans le guidagedes filets inlripttrp nar lcs ricrJx envedu d'coulement liquide. loppesntalliques, qui concerneIa reprise En cela rcnrisc dc la nrcssionv v ' v P ' v v \

Trif rcation e Grand-Maison. u d laires,il s'avrencessaire d'utiIi ser des renforts. Pourbien se reprsenter qui ce se passeau droit d'un brancheque la ment.on peut supposer tle du tuyauprincipalet de la par tubuluresoit remplace des nappesde fils, ceux-cireprsentant les lignes de forcesdans le senscirculaireet le senslongiforme tudinal.Le branchement un grand trou dans le tuyau principal.mais les efforts dveloppsrestentsensiblement les mmes; pour obtenirla mme rsistance nous serionsobligs de conserver tous les fils, aussi que circulaibien longitudinaux res en les dviant gaucheet droite de l'ouverture. Cetteanalogiemontreque nous obtenons une grandeconcentration de fils et par consquent de contraintes autour de I'ouverture. D'ou Ia ncessitde renforcerces partiesd'ouvrage.

par extrieure I'anneaude bton comprisentre les d M a q u e t t e i fu r c a t i o n e R e v i n . b

par des efforts engendrs la perturbation fluide de condu et trainteslongitudinales circu-

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CONCEPTION DESCONDUITES L'AIDE C,A,O, FORCEESAD'IIN

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N-rlT h i e r r yC O M B A Z I n g n i e u rN S A I D i r e c l i o n E t u d e sS . D . E . M .

7!

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a conceptiond'une conduiteforcefait intervenir :

des paramtres d'environnementnaturedu terrain,routes,cours d'eau,etc. : des paramtres techniques:diamtre, diagramme des pressions, normes,etc. des paramtres conomiques diamtreconomique, : transport, montage,etc. L'objectifdu matred'ouvrageest videmment d'acqurirI'installationla plus conomique investis" en projetes. sementet rpondant aux performances Le Principe d'automatisa. projeteurdevrainstallerla conduitesur le terrainexistant, tionet but ou modifierIe terrain. La conception d'uneconduite force,commetout objet industriel, reposesur un processus posableen d'Iaboraton dcom i qui s'imbriquent. tapes ll faut donc avant tout automati