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Stabilité des barrages voûtes réhabilités Barrage des Toules

CFMR-CFBR / 23 mai 2013

Dr. Cane Cekerevac

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Spitallamm arch dam

Seeuferegg dam

Surélévation du réservoir pour 23 m

3

Seeuferegg

Gravity dam, H=42 m, 1932

Spitallamm

Arch dam, H=114 m, 1932

Surélévation du réservoir pour 23 m

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Visite Cours Barrage / GC / EPFL

13 novembre 2012

Confortement du barrage des Toules

• Caractéristiques du barrage

• Etudes du barrage existant

• Projet du confortement et travaux

• Conclusion

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Location du barrage

Les Toules arch dam Spitallamm arch-gravity dam

SUISSE

L’aménagement des

Forces Motrices du

Grand-St-Bernard

FGB

6

7

Construction du

barrage

1955 - 1964

8

9

10

1955-58, H = 25 m

11

1960-64, H = 86 m

12

1960-64, H = 86 m

Caractéristiques

13

Altitude du couronnement 1811 msm Hauteur 86 m Longueur du couronnement 460 m Epaisseur 20.5 m Volume de béton 235’000 m3

Volume de retenue 20.5 mio m3

Volume des apports annuels 100 mio m3

Les problèmes

14

15

Joint Prepakt

16

17

-0.9-0.8

-0.7-0.6-0.5

-0.4-0.3-0.2

-0.10.00.1

0.20.30.4

0.50.6

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Extensomètre N°2

Bloc 13

Joint Prepakt – Bloc 13

Extensomètre horizontal

+ Fe

rmet

ure

en

mm

1 ère étape

2 ème étape

Déformation de 0.05 mm/an depuis 1993

18

Géologie : Gneiss & Micaschistes

19

Géologie : Gneiss & Micaschistes

20

5 6 7

Micaschistes (E = 5’000 MPa)

Bloc 6

Gneiss

Bloc 6

21

Déplacement irréversible de 4 mm en 30 ans

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04

mesuré calculé écart irréversibilité poussée de l'eau saison

22

Gneiss – G1

Micaschistes – M3

Graviers

Barrage

Renfort

Gneiss – G2

Analyse statique: FS = 1.18 (1.50 requis)

Analyse dynamique: FS = 0.83 (1.10 requis)

Spaccta

Montagna

Dosso

Hoover

Paute MazarMauvoisin

Vajont

Mratinje

Luzzone

El Cajon

Contra

Emosson

Ziller

Koelnbrein

Valle di Lei

Santa Maria

Cavagnoli

Naret

Roggiasca

Z'mutt

Schlegeis

Nalps

Moiry

Limmern

KopsMalvaglia

Val GallinaOsiglietta

Gigerwald

Zeuzier

Hongrin nord

Hongrin sud

Inguri

Punt dal Gall

Châtelot

Curnera

Kawaji

Abugawa

Kamishiba

Kawamata

Kurobe

Managawa

Asahi

0

5

10

15

20

25

30

50 100 150 200 250 300

hauteur du barrage [m]

C :

co

eff

icie

nt

de

ha

rdie

ss

e L

om

ba

rdi

Les Toules ( h = 88m , C = 35 )

H

S ,V

C = S2 / ( H · V )

23

Co

effi

cie

nt

d’e

lan

cem

ent

Hauteur du barrage [m]

H=86 m L= 460 m L/H=5.35 Volume: 235’000 m3

C=35 (S2 / (H·V))

24

Séisme : Intensité pour une période de retour de 10’000 ans

LES TOULES I = 9.0 => 0.35 g

À l’époque: 0.10 g !!!

25

Cas de charges critique : - poids propre - Sediments - Lac plein - Hiver

st = 5.3 MPa

Calculs statiques (face amont)

Calculs dynamiques (face avale)

st =11.4 MPa

Les objectifs du

confortement

26

Renforcement de la voûte et résolution des problèmes annexes (Joint Prepakt et déplacement Bloc 6)

27

Augmentation de la sécurité en cas de crues extrêmes

Adaptation aux nouvelles recommendations sismiques (OFEN 2003)

Les solutions

28

29

Inventaire complet des solutions possibles

Avec confortement du barrage Sans confortement du barrage

Barrage à

l’aval

(Sarraire)

(contrepres-

sion) selon AP

de Gicot en

1948

Abaissement du niveau de la retenueRenforcement (armature) de

la section du barrage

Epaississement de la section

du barrage

Sur les

rives

Au centre et

aux reins

Armature/

PrécontrainteCeinture

sismique

Nouvelles

retenues

Liaison avec autres

aménagements

Fib

res e

n

carb

on

e

Em

osso

n

Mau

vo

isin

Val F

err

et

Vals

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y

Pré

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art

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San

s c

om

pen

sati

on

du

vo

lum

e

G-D

ixen

ce

30

31

Barrage de Sarraire (Projet Gicot 1948) Hauteur : 125 m / Longueur Couronn.: 420 m Rapport L/H : 3.36 / Surface : 28’000 m2 Volume : 550’000 m3 / Elancement : 11.4

La solution retenue

32

33

Confortement en béton

(2009-2010) Colonnes de cisaillement (2008-2009) Butée rive gauche (2008)

30’000 m3 béton par

confortement 9 colonnes

L = 16 m

D = 700 mm

7’000 m3

Durée des travaux: 2008 - 2011

34

8.1 MPa (-30%)

Calculs statiques:

Calculs dynamiques:

Face avale

3.0 MPa (-45%)

Face amont

35

Résistance requise 45 MPa

Béton 28 jours [MPa]

365 jours [MPa]

Type I 30 50

Type II 25 37

Réduction du dosage en ciment

Type I Type II

Cement: 190 kg/m3 175 kg/m3

Cendres volantes: 110 kg/m3 125 kg/m3

Plastifiant: 1.2% 1.2%

Entraineur d’air: 0.8% 0.8%

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Après 30 jours: 37 °C

(DT = 27°C)

Après 720 jours: st = 1.8 MPa

Hypothèse: début le 1er Mai Température du béton frais: 10°C Levée de 1.5 m – temps de recouvrement: 4 jours

Post-cooling (tuyaux refroidissement chaque 3m)

Thermomètres dans les levées (each 9 m)

Elévation réelle de température: DT = 20-22°C

Barrage existant

Confortement

0

5

10

15

20

25

30

35

40

16

.06

.20

09

23

.06

.20

09

30

.06

.20

09

07

.07

.20

09

14

.07

.20

09

21

.07

.20

09

28

.07

.20

09

04

.08

.20

09

11

.08

.20

09

18

.08

.20

09

Te

mp

éra

ture

[°C

]

Date

Bloc 19 - Temperature at 1757.30 (Lift 29)

1

2

37

38

39

40

Calculs EF - Résultats:

Calculs statiques: FS = 2.73 1.18

Calculs dynamiques: FS = 1.31 0.83

Le déroulement

des travaux

41

42

2008

43

44

45

46

2009

2010

47

48

2008-2010

49

2008-2010

50

51

20

10

RD

– 2

01

1 R

G

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2010

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55

Instrumentation et

remise en eau

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57

Instrumentation

98 Points de nivellement 11 Cibles de visées 19 Déformètres linéaires 12 Déformètres 3D 22 Télédilatomètres 12 Extensomètres dans joint Prepakt 49 Extensomètres en rocher 4 Extensomètres télétransmis 29 Clinomètres 20 Débits d’infiltration (jaugeage) 34 Contrôle des fissures 67 Pièzomètres 6 Pendules directs 9 Pendule inverses 10 Pendules optiques 19 Prismes 360° 40 Téléthermomètres 11 Inclinomètres TOTAL: 472 mesures et appareils => 1 pièce / 650 m3 !

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Merci de votre attention