Brevet FR2709314A1 — publié le 19950303

La présente invention porte sur les vannes automatiques, autonomes et montantes de déversoirs de barrages. Elles sont destinées aux trois cas auxquels on a à faire dans la pratique des déversoirs. 1. Ces vannes sont destinées aux nouveaux déversoirs qui ont besoins de vannes: (a) automatiques et autonomes, (b) d'une résistance accrue aux très forts séismes, (c) les plus économiques. 2. Ces vannes se rapportent aux déversoirs existants à déversement libre, c'est à dire aux déversoirs construits initialement sans vannes. On installe les vannes automatiques pour hausser le niveau de la retenue normale en but d'augmenter le volume utile du réservoir. Ces vannes se soulèvent automatiquement pour laisser passer toutes les crues prévues par le projet du déversoir initial: avec une élévation insignifiante, avec une élévation admissible ou tolérable. 3. Ces vannes sont aussi très convenables dans le cas où il est nécessaire de faire une reconstruction et adaptation du déversoir quand on veut augmenter considérablement sa capacité au moyen de vannes automatiques et autonomes selon cette invention. ll existe des déversoirs à vannes dans le cas desquelles il convient le mieux, si l'on exige une hausse du niveau normal, d'installer des vannes automatiques selon cette invention audessus des vannes qui existent déjà. Elles s'appuient sur ces dernières lors de la fermeture. En ce qui concerne les vannes pour de nouveaux déversoirs, le nouveau type de vannes automatiques et autonomes présente plusieurs avantages, le coût inclus. Avec ces vannes on augmente considérablement la sécurité d'exploitation de la retenue tout en diminuant le coût des vannes. Cela les rend bien plus économiques que toutes autres vannes satisfaisant les mêmes conditions. En les comparant à d'autres types de vannes et de structures prévues pour hausser le niveau de la retenue normale elles sont de beaucoup les plus sûres et les plus convenables en exploitation. Elles répondent à toutes les forces qui puissent survenir et auxquelles les vannes doivent être calculées (poids propre, pression hydrostatique, pressions hydrodynamiques, séismes, vagues, glace). Elles vont répondre économiquement à tout une série de crues, même les crues maximums, en faisant une bonne régularisation - le réservoir devant retenir le plus d'eau possible en transformant les crues d'entrée en crues de sortie de manière optimale. Les défauts de structures installées pour hausser le niveau de la retenue normale et pour augmenter le volume utile du réservoir, employées et connues jusqu'à présent, sont éliminés avec les vannes de la présente invention. On présente trois coupes verticales d'une même vanne automatique, autonome et montante qui porte sur la même invention. Les vannes de toutes les trois coupes verticales ne diffèrent que par le type d'ossature. Dans le premier cas, figure 1, I'ossature est un treillis tridimensionnel (4) avec le contrepoids accroché (18). Dans le deuxième cas, figure 2, I'ossature est un treillis tridimensionnel (4) avec le contrepoids (6) incorporé au treillis (4). Dans le troisième cas l'ossature est formé par un cylindre (23) qui relie les deux appuis sur piles et qui remplace le treillis tridimensionnel, figure 8. Les contrepoids sont liés au cylindre au moyen de leviers. Les figures de 1 à 7 représentent les deux premiers cas de cette vanne. Sur ces figures-là on voit: - le seuil de déversoir (1), - les piles de déversoir (2) qui forment les bajoyers de pertuis, - le sommet (3) du seuil, - l'ossature en treillis métallique (4) tridimensionnel, qui tourne autour de l'axe d'arbre d'appui (8) pouvant être aussi en forme de portique tridimensionnel, - la tôle (5) qui intercepte le passage de l'eau, - la dalle (6) avec nervures en béton armé comme contrepoids faisant partie du treillis tridimensionnel et formant de cette manière une structure mixte et qui peut être déplacée vers l'aval; cette dalle avec nervures en béton armé se remplace mutuellement avec le contrepoids (18) qui est impératif dans les cas où la vanne doit résister aux forts séismes, - le tirant (7) en acier qui passe à travers la tôle (5) avec un joint d'étanchéité en plastique; le tirant pouvant être enlevé dans le cas où les déplacements au fond de la vanne sans tirants étaient admissibles du point de vue d'étanchéité, - I'arbre d'appui principal (8) cylindrique formé d'un cylindre en deux parties, une de plus grand diamètre encastrée au treillis (4), l'autre de diamètre plus petit:, cette partie, dans le premier cas, introduite dans l'appui fixe (20) de l'articulation, dans le second cas introduite dans l'appui qui transmet les forces horizontales vers l'aval en roulant vers l'amont, - la surface de roulement (9) (figures 4 et 5) sur laquelle s'appuie la partie du cylindre d'appui (8) de plus grand diamètre qui se déplace vers l'amont quand la vanne s'ouvre, - l'appui (10) fixe en direction verticale et libre en direction horizontale, qui ne sert d'appui que quand la vanne est fermée, - la poutre (11) en béton armé encastrée aux de bouts dans les piles du déversoir, avec des joints de dilatation, si nécessaire, - le joint d'étanchéité (12) du fond de la vanne qui s'appuie sur le seuil quelques décimètres à l'aval de son sommet (3), sans transmettre d'efforts au seuil du déversoir, - le pont (13) au-dessus du déversoir, - le niveau de retenue normale (14), - le niveau de retenue maximum (15), - la nappe supérieure (16) du jet de déversement, - le niveau variable (17) qu'on ne voit que la vanne étant ouverte, figure 5, - le contrepoids (18) en béton armé accroché à la structure en treillis de manière à empêcher la transmission des forces sismiques horizontales à l'ossature en treillis, se remplaçant mutuellement avec la dalle avec nervures en béton armé (6); le contrepoids étant impératif dans le cas où la vanne doit résister aux forts séismes, - la barre (19) portant le contrepoids et articulée aux deux bouts, - l'appui (20) d'articulation fixe dans le sans horizontal amont-aval, au moyen duquel l'ossature est liée et appuiée sur la pile, existe sur la structure des figures 1, 2, 3 et 6, et n'existe pas sur celles des figures 4 et 5, - la dent (21) de retrait de l'ouverture de pertuis, que l'on voit sur les figures 6 et 7, pour l'ancrage du joint d'étanchéité (22) au bajoyer et dont la surface d'appui du joint d'étanchéité change de direction dans la partie haute pour ne pas empêcher l'ouverture normale de la vanne, I'espace entre le joint d'étanchéité et la tôle (5) étant rempli d'une tôle renforcée perpendiculaire à la tôle (5), - joint d'étanchéité (22) au bajoyer. Sur les figures de 1 à 5 on voit diverses ossatures en coupe verticale du même type de vanne, comme suit: - figure 1, ossature en treillis avec appui principal fixe et dispositif parasismique, contrepoids (18), - figure 2, ossature en treillis avec appui principal fixe et contrepoids en dalle avec nervure en béton armé incorporé dans le treillis, formant une structure mixte, - figure 3, ossature en treillis avec appui principal fixe, le contrepoids comme en figure 2 avec une ouverture de vanne de 30 , - figure 4, ossature en treillis avec appui principal roulant avec contrepoids comme en figure2, - figure 5, tout comme en figure 4 avec une ouverture de vanne de 30". La figure 6 représente l'élévation amont de l'ossature en treillis de la figure 1, avec le contrepoids en dalle avec nervures. La figure 7 montre un détail de joint d'étanchéité au bajoyer. Les figures de 8 à 15 se rapportent aux vannes du même type au cas où l'ossature est en forme de tuyau et qui sont employées pour de petites hauteurs. Sur la figure 8 on voit: - I'arbre (23), I'axe de rotation fait avec un tuyau en tôle de raideur suffisante, les autres parties de l'arbre figurant sur les figures 10, 12 et 15, - la partie de la vanne (24) qui intercepte le passage de l'eau ou la laisse passer en tournant avec l'arbre, le mouvement rotatif s'effectuant par la différence des moments dus à l'eau et au contrepoids (frottement inclus), - le joint d'étanchéité de fond (25) en matière synthétique fixé à (24), - le contrepoids (26) et (27) qui fait un moment de rotation équilibrant celui de la pression d'eau sur la vanne, en béton armé avec emplacement pour régler le contrepoids, - le levier (28) du contrepoids, en acier, - le béton du déversoir (29), -I'appui (30) en profilés d'acier, du joint d'étanchéité, - le sommet du seuil du déversoir (31), - la ligne de contact (32) en coupe, entre le joint d'étanchéité (25) et l'appui en acier (30), - le niveau de la retenue normale (33), - le niveau de l'axe de rotation (34) de l'arbre dans le haut de Ia vanne, - la partie (24), étant une structure en acier, et le levier (28) sont encastrés à l'arbre (23) au moyen de soudure. La figure 9 représente une coupe verticale transversale de la vanne levée pour laisser passer l'eau. La figure 10 représente une vue amont de la vanne automatique selon l'invention. On y voit: - l'arbre (23), - la partie (24) de la vanne proprement dite, - le cylindre d'appui rotatif (36) de l'arbre, se composant de deux parties: une (36) s'appuyant sur l'appui (37) pour transmettre les forces verticales et l'autre (38) en engrenage partiel transmettant les forces horizontales à une crémaillère (39) encrée sur la pile, - l'appui (37) sur une pile du déversoir du cylindre (36), - le cylindre à engrenage partiel (38), - le joint d'étanchéité latérale (40) en matière synthétique, - la pile (41) latérale du déversoir, - la tôle de glissement (42) du joint d'étanchéité latéral (40). La figure 1 1 représente une vanne automatique en plan selon l'invention, seule, sans piles latérales. On y voit: - l'arbre (l'axe de rotation) (23), - le levier (28) du contrepoids, - le cylindre d'appui rotatif de ltarbre (36), - le contrepoids (26) et (27), - le cylindre à engrenage partiel (38). La figure 12 montre l'appui de l'arbre de la vanne en quelques détails sur la pile latérale qui la supporte. Les parties qu'on voit sont les suivantes: - l'arbre de la vanne (23), - le raidisseur d'appui (35) de l'arbre de la vanne (du tuyau), - le cylindre d'appui rotatif (36), - l'appui (37) de la vanne transmettant les forces verticales et de frottement sur la pile latérale, - le cylindre à engrenage partiel (38) avec un angle central de 35 à 45" (ou la roue d'engrenage) à denture droite servant de sécurité contre le glissement destiné à transmettre les forces horizontales éventuelles dépassant le frottement, la vanne étant ouverte, - la crémaillère (39) à denture droite servant aussi pour limiter la rotation de l'arbre vers l'amont, - la joint d'étanchéité latéral en matière synthétique entre la vanne et la pile, fixé à la vanne, glissant sur une tôle encrée sur la pile, - la pile latérale (41) du déversoir, - la tôle (42) de glissement du joint d'étanchéité latéral encastrée à la surface latérale de la pile, - la butée aval (43), épaulement limitant la rotation vers l'aval du cylindre d'appui de la vanne, - la butée amont (44), épaulement limitant la rotation vers l'amont du cylindre d'appui et protégeant en même temps l'appui, peut être fait aussi avec une came à l'amont de rengrenage. La figure 13 montre une coupe transversale d'une vanne avec piles intermédiaires ajoutées au déversoir initiale pour diminuer la travée de l'arbre. L'appui intermédiaire ne coupe pas la vanne, il la traverse par une ouverture, jusqu'à laquelle arrive la retenue normale. Sur cette figure on voit, outre les parties qu'on a vues sur la figure 8: - la pile intermédiaire (46) ajoutée au déversoir, - le support (47) de l'arbre transmettant les forces verticales et horizontales par frottement, ce support passant à travers la partie (24) de la vanne, - la butée aval (48) de la pile intermédiaire transmettant les forces horizontales quand la vanne est fermée, - les appuis (49) en tôle entre l'arbre de la vanne et sont support (47), - les barres (50) d'acier d'ancrage de la pile intermédiaire (46) ajoutées au déversoir initial, les forages sont remplies de mortier de résine époxide. La figure 14 représente une vue d'amont d'un déversoir avec la vanne automatique à contrepoids, selon cette invention avec deux piles intermédiaires (46) ajoutées. La figure 15 représente l'élévation aval d'un déversoir avec la vanne automatique à contrepoids avec deux piles intermédiaires ajoutées. On y voit: - les supports (47) de l'arbre à vanne sur les piles intermédiaires, - les butées (48) de l'arbre à vanne, - les raidisseurs d'appui (35) et intermédiaires (45) de l'arbre. Le niveau de la retenue normale (33) peut varier du niveau le plus haut de l'arbre au niveau au-dessous du cylindre. fi est possible de changer de niveau de retenue normale suivant les besoins et circonstances dans le réservoir ou à l'aval du barrage. La modification du niveau de retenue normale se fait en enlevant ou en ajoutant du contrepoids, ce qui est pas difficile. On procède de la même manière pour faire l'étalonnage du fonctionnement de la vanne. En plaçant le contrepoids au-dessus du niveau de l'axe de la vanne en position fermée on change la courbe des moments de rotation, ce qui les fait décroître plus vite que dans le cas du levier horizontale. Le contraire se passe quand le contrepoids est placé au-dessous du niveau de l'axe. Le logiciel sur ordinateur PC pour le calcul complet avec le dimensionnement de vannes automatiques et autonomes, selon la présente invention peut être fourni sur demande. Dans le cas où le seuil du déversoir existant ne serait pas bien horizontal et en ligne droite on fait une correction qui n'est pas compliquée. Dans le cas du déversoir curviligne on peut le transformer en déversoir polygonale en ajoutant des piles intermédiaires et en corrigeant la ligne du seuil. Pour augmenter la capacité du déversoir sans élever le niveau de la retenue maximum on peut baisser le seuil du déversoir (1) ou (31) et installer des vannes selon cette invention. Le premier étalonnage des vannes peut se faire en remplaçant l'eau par des vérins hydrauliques transmettant les forces au fond de la vanne et au seuil du déversoir. Au lieu d'une travée de la vanne automatique et autonome selon cette invention, on peut en faire plusieurs en répétant la solution des figures 8 à 12. Une autre combinaison pour de petites dimensions est possible: le déversoir divisé en plusieurs vannes et chacune de ces vannes divisée en travée avec des piles intermédiaires comme ce qui l'a été montré sur les figures 13 à 15. Dans le cas d'oscillations gênantes de petites vannes pendant le déversement il est possible d'ajouter un dispositif qui les atténue. La vanne automatique, autonome et montante avec une ossature en treillis ou en système de portiques et poutres peut être employée pour des pertuis de toutes hauteurs, tandis que la même vanne en ossature en tuyau est employée pour de petites hauteurs de pertuis ceci surtout avec le contrepoids au-dessus de l'horizontale passant à travers l'axe de rotation. La disposition de la vanne automatique, autonome et montante doit être faite de manière à ce que le mouvement rotatif s'effectue par la différence des moments dus à l'eau et au contrepoids, le poids propre et le frottement inclus. REVENDICATIONS 1. Vanne automatique, autonome et montante pour de nouveaux déversoirs, pour déversoirs construits initialement sans vannes en but de hausser le niveau de retenue normale et d'augmenter le volume du réservoir, ainsi que pour déversoirs reconstruits en but d'augmenter leur capacité caractérisée par le fonctionnement tout à fait automatique et autonome de tout engin, d'énergie extérieure et du facteur humain, montant pour laisser passer l'eau, l'arbre d'appui principal (8) cylindrique, formé d'un cylindre en deux parties, une de diamètre plus grand, encastrée au treillis (4), l'autre de diamètre plus petit, cette partie introduite dans l'appui (20) de l'articulation fixe lié à la pile (2) de déversoir, de seuil (1) en béton avec sommet (3), au moyen d'appui (20) d'articulation fixe en sens horizontal amont-aval, l'ossature en treillis métallique (4) tridimensionnel, qui tourne autour de l'axe d'arbre (8) avec la tôle (5) qui intercepte le passage de l'eau ou la laisse passer, le tirant (7), l'appui (10) qui sert d'appui quand la vanne est fermée, la poutre (11) en béton armé qui Supporte les appuis (10), le joint d'étanchéité (12) au fond de la vanne, le joint d'étanchéité (22) encré à la dent (21) du bajoyer, le pont (13) du déversoir, le contrepoids (18) accroché à l'ossature en treillis (4) au moyen de la barre (19) de manière à empêcher la transmission des forces sismiques horizontales à cette ossature et résister aux forts séismes. 2. Vanne automatique, autonome et montante pour de nouveaux déversoirs, pour déversoirs construits initialement sans vannes en but de hausser le niveau de retenue normale et d'augmenter le volume du réservoir, ainsi que pour déversoirs reconstruits en but d'augmenter leur capacité caractérisée par le fonctionnement tout à fait automatique et autonome de tout engin, d'énergie extérieure et du facteur humain, montant pour laisser passer l'eau, l'arbre d'appui principal (8) cylindrique, formé d'un cylindre en deux parties, une de diamètre plus grand, encastrée au treillis (4), l'autre de diamètre plus petit, cette partie introduite dans l'appui (20) de l'articulation fixe lié à la pile (2) de déversoir, de seuil (1) en béton avec sommet (3), au moyen d'appui (20) d'articulation fixe en sens horizontal amont-aval, l'ossature en treillis métallique (4) tridimensionnel, qui tourne autour de l'axe d'arbre (8) avec la tôle (5) qui intercepte le passage de l'eau ou la laisse passer, le tirant (7), l'appui (10) qui sert d'appui quand la vanne est fermée, la poutre (11) en béton armé qui supporte les appuis (10), le joint d'étanchéité (12) au fond de la vanne, le joint d'étanchéité (22) encré à la dent (21) du bajoyer, le pont (13) du déversoir, le contrepoids (6) de dalle avec nervure faisant partie du treillis (4) tridimensionnel et formant de cette manière une structure mixte. 3. Vanne automatique, autonome et montante pour de nouveaux déversoirs, pour déversoirs construits initialement sans vannes en but de hausser le niveau de retenue normale et d'augmenter le volume du réservoir, ainsi que pour déversoirs reconstruits en but d'augmenter leur capacité caractérisée par le fonctionnement tout à fait automatique et autonome de tout engin, d'énergie extérieure et du facteur humain, montant pour laisser passer l'eau, l'arbre d'appui principal (8) cylindrique, formé d'un cylindre en deux parties, une de diamètre plus grand, encastrée au treillis (4), l'autre de diamètre plus petit, cette partie introduite dans l'appui qui transmet les forces horizontales vers l'aval en roulant vers l'amont et s'appuyant avec la partie de diamètre plus grand sur la surface (9) de la pile de déversoir, de seuil (1) en béton avec sommet (3), au moyen d'appui (20) d'articulation fixe en sens horizontal amont-aval, l'ossature en treillis métallique (4) tridimensionnel, qui tourne autour de l'axe d'arbre (8) avec la tôle (5) qui intercepte le passage de l'eau ou la laisse passer, le tirant (7), l'appui (10) qui sert d'appui quand la vanne est fermée, la poutre (11) en béton armé qui supporte les appuis (10), le joint d'étanchéité (12) au fond de la vanne, le joint d'étanchéité (22) encré à la dent (21) du bajoyer, le pont (13) du déversoir, le contrepoids (6) de dalle avec nervure faisant partie du treillis (4) tridimensionnel et formant de cette manière une structure mixte. 4. Vanne automatique, autonome et montante pour de nouveaux déversoirs, pour déversoirs construits initialement sans vannes en but de hausser le niveau de retenue normale et d'augmenter le volume du réservoir, ainsi que pour déversoirs reconstruits en but d'augmenter leur capacité caractérisée par le fonctionnement tout à fait automatique et autonome de tout engin, d'énergie extérieure et du facteur humain, montant pour laisser passer l'eau, l'arbre d'appui principal (8) cylindrique, formé d'un cylindre en deux parties, une de diamètre plus grand, encastrée dans l'ossature en forme de portique tridimensionnel, l'autre de diamètre plus petit, cette partie introduite dans l'appui (20) de l'articulation fixe lié à la pile (2) de déversoir, de seuil (1) en béton avec sommet (3), au moyen d'appui (20) d'articulation fixe en sens horizontal amont-aval, l'ossature en portique métallique tridimensionnel, qui tourne autour de l'axe d'arbre (8) avec la tôle (5) qui intercepte le passage de I'eau ou la laisse passer, le tirant (7), I'appui (10) qui sert d'appui quand la vanne est fermée, la poutre (11) en béton armé qui supporte les appuis (10), le joint d'étanchéité (12) au fond de la vanne, le joint d'étanchéité (22) encré à la dent (21) du bajoyer, le pont (13) du déversoir, le contrepoids (18) accroché à l'ossature en portique au moyen de la barre (19) de manière à empêcher la transmission des forces sismiques horizontales à cette ossature et résister aux forts séismes. 5. Dispositif identique que dans la revendication 4 avec le contrepoids (6) en dalle à nervure au lieu du contrepoids (18). 6. Vanne automatique, autonome et montante pour de nouveaux déversoirs, pour déversoirs construits initialement sans vannes en but de hausser le niveau de retenue normale et d'augmenter le volume du réservoir, ainsi que pour déversoirs reconstruits en but d'augmenter leur capacité caractérisée par le fonctionnement tout à fait automatique et autonome de tout engin, d'énergie extérieure et du facteur humain, montant pour laisser passer l'eau, I'arbre d'appui principal (8) cylindrique, formé d'un cylindre en deux parties, une de diamètre plus grand, encastrée au treillis (4), l'autre de diamètre plus petit, cette partie introduite dans l'appui (20) de l'articulation fixe lié à la pile (2) de déversoir, de seuil (1) en béton avec sommet (3), au moyen d'appui (20) d'articulation fixe en sens horizontal amont-aval, l'ossature en treillis métallique (4) tridimensionnel, qui tourne autour de l'axe d'arbre (8) avec la tôle (5) qui intercepte le passage de l'eau ou la laisse passer, l'appui (10) qui sert d'appui quand la vanne est fermée, la poutre (11) en béton armé qui supporte les appuis (10), lejoint d'étanchéité (12) au fond de la vanne, le joint d'étanchéité (22) encré à la dent (21) du bajoyer, le pont (13) du déversoir, le contrepoids (6) de dalle avec nervure faisant partie du treillis (4) tridimensionnel et formant de cette manière une structure mixte. 7. Vanne automatique, autonome et montante pour de nouveaux déversoirs, pour déversoirs construits initialement sans vannes en but de hausser le niveau de retenue normale et d'augmenter le volume du réservoir, ainsi que pour déversoirs reconstruits en but d'augmenter leur capacité caractérisée par le fonctionnement tout à fait automatique et autonome de tout engin, d'énergie extérieure et du facteur humain, montant pour laisser passer l'eau, l'axe de rotation (34) dans le haut de la vanne, l'arbre (23) de la vanne en tôle d'acier suffisamment rigide, la partie (24) en structure en acier, qui intercepte le passage de l'eau, le joint d'étanchéité de fond (25) fixé à la partie (24), le contrepoids constitué d'une boîte en acier (26) et du contrepoids (27), des leviers (28) en acier soudés à l'arbre (23) et à la boîte (26), un appui (30) du joint d'étanchéité, des raidisseurs d'appui de l'arbre (35), des raidisseurs intermédiaires de l'arbre (45), un cylindre d'appui rotatif (36) de chaque bout de l'arbre, I'appui (37) du cylindre (36) sur les piles du déversoir, le cylindre à engrenage partiel (38) sur chacune des piles latérales, les joints d'étanchéité latéraux (40), la crémaillère (39) sur chacune des piles latérales, la tôle (42) de glissement des joints latéraux, les butées aval (44) et amont (43) des cylindres d'appui. 8. Dispositif de vanne automatique, autonome et montante selon la revendication 7 caractérisée par deux ou plusieurs travées de vannes automatiques, autonomes et montantes constitué selon le dispositif de la revendication 7 qui se répète autant de fois que ce qu'il y a de travées, les piles intermédiaires servant d'appuis à deux vannes voisines. 9. Dispositif de vanne automatique, autonome et montante selon la revendication 7 caractérisée par des piles intermédiaires (46) qui ne coupent pas l'arbre de la vanne, les supports (47) de l'arbre et les butées (48) de l'arbre, l'appui (49) entre l'arbre et son support, les barres (50) d'acier d'ancrage de la pile intermédiaire (46) ajoutée au déversoir initial.