Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

CHAPITRE 9 Ponceaux 9.1 INTRODUCTION Un ponceau est une structure hydraulique a

CHAPITRE 9 Ponceaux 9.1 INTRODUCTION Un ponceau est une structure hydraulique aménagée sous un remblai qui permet le passage de l’eau tout en permettant aux humains, animaux, machines et équipements de traverser le cours d’eau. Les ponceaux sont plus économiques à aménager que les ponts et c’est ce qui explique leur popularité. Un ponceau (figure 9.1) est constitué d’une structure de canalisation hydraulique installée sur un radier et recouvert d’un remblai. Figure 9.1 Éléments constituant un ponceau. Radier Canalisation hydraulique Remblai Il est à peu près impossible de bien planifier l’aménagement des cours d’eau en milieu rural, sans en mêmetemps considérerl’influence des ponceaux ou des ponts de fermesur les caracté- ristiques de l’écoulement des eaux de ruissellement. 110 PONCEAUX Ce chapitre traitera des sujets suivants: 1. la description des types de ponceaux, 2. l’hydraulique des ponceaux, 3. les courbes de performance, 4. le design, 5. la planification et la construction des ponceaux. 9.2 TYPES DE PONCEAUX Les ponceaux sont caractérisés par leur forme, le type de matériaux utilisés et leur installation dans le remblai. 9.2.1 Matériaux utilisés Le matériel utilisé pour la canalisation hydraulique est la tôle d’acier galvanisé ondulé, le béton, le bois et le polyéthylène pour les ponceaux de petite taille. La base sur laquelle la cana- lisation hydraulique est installée est appelée le radier et elle est en béton ou utilise le matériel originel ou de remblai mais ce matériel doit être suffisamment stable pour recevoir la structure de canalisation et les charges du remblai et des véhicules y circulant. Le remblai est généralement constitué de matériel grossier (gravier, concassé et pierres de dif- férentes tailles. Dépendant de la hauteur du remblai, le matériel doit être compacté pour mieux résister à l’infiltration et à l’affouillement. Figure 9.2 Formes de ponceaux. RECTANGULAIRE VOUTÉ CIRCULAIRE Canalisations hydrauliques à contour ouvert Canalisations hydraulique à contour fermé RECTANGULAIRE ARQUÉ ELLIPTIQUE TYPES DE PONCEAUX 111 9.2.2 Forme de la canalisation hydraulique Les canalisations hydrauliques peuvent être à contour ouvert ou fermé (figure 9.2). Les canali- sations à contour ouvert sont principalement rectangulaires ou voutés. Les canalisations fer- mées sont de formes rectangulaire, circulaire, elliptique et arqué. Les canalisations rectangu- laires sont principalement en béton et parfois en pièces de bois. Les formes circulaires utilisent des tuyaux en acier ondulé, en béton et pour les ponceaux de petite taille, en polyéthylène ondulé. Les formes elliptiques, arquées et voutées sont généralement en acier ondulé. Pour les canalisations à contour ouvert, la base de la structure est installée sur une semelle ou un radier généralement en béton. 9.2.3 Type d’installation et entonnement Les ponceaux sont aussi caractérisés par le type d’entonnement ou la configuration de l’entré de la canalisation hydraulique face à l’écoulement. Les types d’entonnement sont (figure 9.3) : Saillantdu remblai : Lacanalisation est installéau- -dessus du radieret lematériel derem- blai est déversé au- -dessus de la canalisation. Compte tenu que le remblai doit respec- ter l’angle de repos du matériel, celui- -ci a une pente et la longueur de la canalisation doit être augmentée pour respecter cette réalité. Mur de tête : Une structure verticale est installée à chaque bout de la canalisation pour y retenir le matériel de remblai. Cette structure peut être en béton, en pièces ou billes de bois (d’intérêt en milieu forestier) ou en gabions. L’utilisation d’un mur de tête per- met de diminuer la longueur de la canalisation par rapport au remblai. Les murs de tête sont fréquents avec les ponceaux rectangulaires en béton. Figure 9.3 Type d’entonnement. Tuyau en béton armé (TBA) Tuyau en tôle ondulée (TTO) Saillant du ramblai Mur de tête Arête vive bout mâle Arête vive bout mâle Convergent bout femèle Convergent bout femèle Ke = 0,5 Ke = 0,5 Ke = 0,2 Ke = 0,2 Biseauté ll à la pente du remblai Saillant du ramblai Mur de tête Ponceau rectangulaire en béton armé (PBA) Mur en aile arête vive Mur en aile entonnement convergent Ke = 0,5 Ke = 0,2 Ke = 0,9 Ke = 0,5 Ke = 0,7 112 PONCEAUX Biseauté parallèlement à la pente du remblai : Les bouts des canalisations en tôle d’acier ondulé peuvent être coupés pour épouser la pente du remblai. Cette coupe augmente la surface d’entré de l’eau, diminue la résistance à l’écoulement à l’entré et augment la capacité du ponceau de l’ordre de 10 %. 9.3 HYDRAULIQUE DES PONCEAUX Techniquement, un ponceau est essentiellement une structure hydraulique. À ce titre, la mise en place d’un tel ouvrage doit se faire en respectant les principes de base de l’hydraulique des ponceaux. En milieu rural comme en milieu urbain, il est très important d’intégrer le design des ponceaux à l’aménagement des cours d’eau si nous voulons bâtir un système rationnel qui rencontre les besoins du milieu. Les écoulements dans les ponceaux sont classifiés en deux grandes catégories : l’écoulement avec”contrôleàl’entrée”et l’écoulement avec”contrôleàla sortie”. Il existeun troisièmetype d’écoulement à la limite entre ces deux types d’écoulement, l’écoulement critique. 9.3.1 Écoulement avec contrôle à l’entrée L’expression “contrôle à l’entrée” signifie que la géométrie (forme du ponceau, dimensions, type d’entonnement) de l’entrée du ponceau détermine la capacité du ponceau pour une hau- teur d’eau à l’entrée (Figure 9.4). Par définition, un écoulement est “avec contrôle à l’entrée” se rencontre lorsque la profondeur de l’eau à la sortie du ponceau est moindre que la profon- deur critique d’écoulement. Pour cette condition, la hauteur de 1’eau à l’amont Ham ne dépend que du débit et de la géométrie du ponceau et de son type d’entonnement. Figure 9.4 Ponceau avec contrôle à l’entrée. Ham L’entrée du ponceau peut être submergée ou non submergée. La figure 9.5 montre que lorsque l’entré du ponceau n’est pas submergée, le ponceau se comporte hydrauliquement comme un déversoir. Lorsque la hauteur d’eau à l’entrée du ponceau est nettement supérieure à la hauteur libre du ponceau, celui- -ci se comporte hydrauliquement comme un orifice submergée. Entre ces deux conditions se situe une zone de transition. Les équations de la capacité des ponceaux en contrôle à l’entrée intègre ces deux conditions et la zone de transition par une équation continue. HYDRAULIQUE DES PONCEAUX 113 Figure 9.5 Types d’écoulement dans un ponceau en fonction de la hauteur d’eau à l’en- trée lorsqu’en contrôle à l’entrée (adapté du U. S. Department ofTransporta- tion. 2005). Débit Déversoir non submergée Orifice submergée Zone de transition Hauteur d’eau à l’entrée La hauteur à l’amont Ham et la capacité du ponceau Q s’expriment : [9.1] Ham = f(Q, D, Te) [9.2] Q = f(Ham, D, Te) Ham = Hauteur d’eau à l’entrée du ponceau (L) [m] Q = Débit (L3/T) [m3/s] D = Dimensions du ponceau (L) [m] Te = Type d’entonnement Pour ce type d’écoulement, il existe une série d’abaques (figures 9.15 à 9.19) produites par le Ministère des Transport du Québec (MTQ, 1995) donnant directement les hauteurs d’eau ”amont” et ceci pour les ponceaux de type standard. En général, les cours d’eau ayant une pente supérieure à 1% favorisent un écoulement avec contrôle à l’entrée pour les ponceaux qui y sont installés. 114 PONCEAUX 9.3.2 Écoulement avec contrôle à la sortie Un écoulement est ”avec contrôle à la sortie” lorsque la friction dans le ponceau contrôle l’écoulement. Dans ce cas, la hauteur d’eau à l’amont dépend non seulement des pertes provo- quées par les conditions d’entrée mais également des pertes de charge dynamiques et des per- tes de charge par friction à l’intérieur de la conduite (Figure 9.6). Comme le montre la figure 9.6, l’écoulement avec contrôle à la sortie peut être regroupé en quatre cas. Le premier représente un écoulement où la sortie est submergée. Dans le deuxième cas, la conduite coule pleine malgré que la sortie soit non submergée car la profondeur critique de l’écoulement est supérieure à la hauteur libre du ponceau. Dans le troisième cas, la conduite coule partiellement pleine et la hauteur d’eau à la sortie se trouve à mi- -chemin entre la profondeur critique d’écou- lement et la hauteur libre du ponceau. Le quatrième cas représente une conduite coulant par- tiellement pleine sur toute sa longueur mais où la profondeur d’eau est supérieure à la profon- deur critique de l’écoulement. . Pour un écoulement est avec contrôle à la sortie, la hauteur amont Ham) s’exprime : [9.3] Ham = ∆H + Hav −LS0 ∆Η = Perte de charge dans le ponceau (L) Hav = Hauteur d’eau à la sortie du ponceau (L) L = Longueur du ponceau (L) S0 = pente du radier du ponceau (L/L) [9.4] Q = f(∆H) [9.5] ∆H =1 + Ke + 19, 63 n2 L R1.33 V2 2g Ke = Coefficient de résistance à l’entrée n = coefficient de rugosité R = Rayon hydraulique du ponceau V = Vitesse de l’eau dans le ponceau Dans les conditions de contrôle à la sortie, la hauteur de l’eau à l’amont est influencée par les conditions del’écoulement àlasortie. Les abaques (figures 9.20 à9.24) produites par leMinis- tère des Transport du Québec (MTQ, 1995) permettent de calculer les pertes de charge totales dans les cas où la uploads/Ingenierie_Lourd/ cou-gc.pdf