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Barrage susceptible d'être levé et abaissé pour cours d'eau
La présente invention concerne les barrages pour cours d'eau, susceptibles d'être levés et abaissés.
De tels barrages sont utilisés pour réguler le débit d'eau ainsi que le niveau d'eau du bief supérieur d'un cours d'eau. La présente invention s'applique à tout type de cours d'eau, par exemple les rivières, les canaux d'irrigation et les canaux d'évacuation d'eaux usées.
Un dispositif utilisé traditionnellement pour réguler le débit d'eau d'un cours d'eau et le niveau d'eau du bief supérieur est décrit ci-après. Des piles verticales sont établies sur les berges du cours d'eau. Si la largeur du cours d'eau le justifie, des piles additionnelles sont réparties de manière équidistante ou sensiblement équidistante entre les piles situées sur les berges. Ces
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piles délimitent ainsi un ou plusieurs pertuis permettant le passage de l'eau. La largeur de chacun de ces pertuis est d'environ 5 m. La hauteur du dispositif dépend de la dénivellation souhaitée, et peut représenter de 2 à 3 m.
Une rainure verticale est pratiquée dans chacune des piles.
Cette rainure est orientée vers le milieu du pertuis correspondant. On insère des poutrelles horizontales dans les rainures de part et d'autre d'un pertuis. Les extrémités des poutrelles prennent appui sur les faces internes aval des rainures correspondantes, qui font ainsi office de battées. Une chaîne est fixée au voisinage de chacune des extrémités de ces poutrelles. Ces deux chaînes permettent la levée ou l'abaissement d'une poutrelle. Des poutrelles successives posées l'une sur l'autre permettent de fixer le niveau de l'eau du bief supérieur. Pour abaisser le niveau de l'eau du bief supérieur, on connecte les deux chaînes solidaires de la poutrelle supérieure à un mécanisme de treuil situé sur la partie supérieure des piles. On actionne ensuite le treuil pour lever la première poutrelle.
Lorsque celle-ci est remontée jusqu'au sommet des piles, on l'extrait manuellement des rainures des
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piles, et on la range dans un endroit approprié, ainsi que ses deux chaînes. On connecte alors les deux chaînes de la deuxième poutrelle et on procède comme précédemment. On remonte ainsi, suivant le niveau d'eau du bief supérieur que l'on souhaite obtenir, et le débit d'eau que l'on souhaite laisser passer, un nombre approprié de poutrelles.
Lorsque le barrage comprend plusieurs pertuis, on procède à l'enlèvement de poutrelles en chacun d'entre eux, afin de répartir harmonieusement le débit d'eau entre plusieurs pertuis, et de minimiser ainsi les efforts sur les piles.
La mise en place de poutrelles, dans le but de relever le niveau d'eau du bief supérieur ou de diminuer le débit d'eau, comporte les opérations décrites précédemment, effectuées bien entendu dans l'ordre inverse. Lorsqu'une poutrelle est mise en place dans le cours d'eau, ses deux chaînes sont désolidarisées du treuil, et fixées en un point d'attache de la partie supérieure des piles. Le treuil est ainsi libre pour l'installation de la poutrelle suivante.
La levée et l'abaissement de poutrelles représentent des opérations de manutention nombreuses et particulièrement pénibles. Les poutrelles, généralement en bois massif, gorgées d'eau, représentent chacune un poids de l'ordre de 180 à 510 kg. On comprendra que les opérations de levée ou d'abaissement de poutrelles constituent une lourde tâche pour les opérateurs, en particulier lorsque les conditions climatiques sont peu favorables. Les opérations de manutention telles que décrites ci-dessus se prêtent mal à une automatisation.
On connaît par le brevet européen EP 0 356 362 un"Barrage de cours d'eau, et plus particulièrement, un batardeau". Ce barrage comprend une porte mobile, formée d'un ou plusieurs panneaux. Des joints d'étanchéité et un moyen mécanique à ressorts permettent de mettre les joints en compression, assurant ainsi une excellente étanchéité à ce barrage. Il présente néanmoins le même inconvénient que le système traditionnel à poutrelles, à savoir la grande difficulté de manipulation des panneaux lors de leur pose
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ou leur retrait.
On a cherché à remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. On a également cherché une solution que l'on puisse installer dans des pertuis existants, nécessitant le minimum d'adaptations à l'infrastructure, et présentant, une fois installée, un aspect le plus proche possible du paysage traditionnel d'un barrage de rivière, évitant ainsi de défigurer des sites par des apparaux inesthétiques.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus en fournissant un barrage de cours d'eau réglable, apte à être installé sans modification importante à l'infrastructure existante, permettant des opérations de levage et d'abaissement aisées, nécessitant peu ou pas de manutentions, et présentant un aspect esthétique.
L'invention a pour objet un barrage de régulation du débit et du niveau d'eau du bief supérieur d'un cours d'eau, comportant deux ou plusieurs piles verticales délimitant un ou plusieurs pertuis de passage de l'eau. Ce barrage comporte un rideau télescopique vertical constitué de caissons superposés, chaque caisson, à l'exception du caisson inférieur étant apte à s'emboîter dans le caisson situé immédiatement en dessous de lui. Le rideau télescopique peut être amené de manière continue d'une position où tous les caissons sont emboîtés au maximum, à une position où le rideau télescopique occupe une hauteur maximale.
De manière préférée, les piles verticales situées de part et d'autre d'un pertuis comportent chacune une battée verticale orientée vers l'amont du cours d'eau, sur lesquelles le rideau télescopique prend appui.
Un élément d'étanchéité entre la battée et le rideau télescopique est prévu. Cet élément d'étanchéité peut être une tôle fixée perpendiculairement à la battée, et comportant des élargissements par paliers, la largeur augmentant vers le haut, de manière à correspondre à la diminution de largeur des caissons.
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De manière préférée, le barrage suivant l'invention comporte des moyens de levage permettant le levage et l'abaissement du rideau télescopique. Ces moyens peuvent comporter un mécanisme de treuil comprenant un tambour muni de poulies, chaque poulie étant reliée par un câble à un caisson intermédiaire ou au caisson supérieur correspondant, le diamètre des poulies étant choisi de telle manière que lors de la levée ou de l'abaissement du rideau télescopique, chaque caisson intermédiaire ou le caisson supérieur est déplacé d'une même distance relativement au caisson immédiatement inférieur.
Dans une forme de réalisation du barrage suivant l'invention, les caissons comportent des moyens anti-friction fixés aux extrémités longitudinales des caissons et facilitant le coulissement d'un caisson sur la battée ou la face verticale perpendiculaire de la pile. Ces moyens anti-friction peuvent être des galets tournant autour d'un axe horizontal ou des patins munis d'une matière apte à glisser aisément, telle que le Nylon ou le Téflon.
Dans une forme de réalisation préférée, le barrage suivant l'invention comporte des moyens de guidage du mouvement vertical d'un caisson par rapport au caisson inférieur.
Ces moyens de guidage peuvent comporter une tige verticale fixée à chaque extrémité longitudinale de la paroi supérieure du caisson inférieur, des trous de passage étant pratiqués dans les extrémités longitudinales des parois supérieures des caissons intermédiaires et du caisson supérieur. La tige guide alors les caissons dans leurs mouvements verticaux.
Ces moyens de guidage peuvent également comporter un ensemble de tubes verticaux soudés au milieu des semelles inférieures des caissons. Des trous de passage sont pratiqués dans les semelles inférieures des caissons supérieurs et intermédiaires, le diamètre de chacun des tubes étant tel qu'ils peuvent coulisser librement à l'intérieur des tubes verticaux des caissons situés
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immédiatement au-dessus.
Des tiges de levage permettent d'assurer, en coopération avec les moyens de levage, le levage complet du rideau télescopique.
De manière préférée, les caissons comportent des trous aptes à assurer l'évacuation des eaux et des boues lors des opérations de levage et d'abaissement du rideau télescopique.
Dans une forme préférée, le mécanisme de treuil comporte de moyens aptes à permettre le soulèvement de l'ensemble du barrage. Un tel mécanisme de treuil peut comporter une poulie additionnelle, distincte des poulies décrites précédemment, tournant librement autour de l'axe et reliée à un câble fixé au caisson inférieur. Ce mécanisme peut comporter en outre un tambour entourant complètement les poulies. Le tambour comporte une ouverture apte à laisser passer les câbles, et peut tourner librement autour de l'axe. Un mécanisme de solidarisation permet de solidariser le tambour et l'axe. Lorsque celui-ci est enclenché, la rotation de l'axe, et du tambour, provoque l'enroulement des câbles à la périphérie de ce tambour, et l'ensemble du barrage alors est soulevé.
D'autres particularités et avantages des barrages suivant l'invention ressortiront de la description ci-après d'une forme particulière de réalisation, référence étant faite aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue de face, vue du côté amont, d'une moitié gauche d'un barrage suivant l'invention, en position levée au maximum ; - la figure 2 est une vue de dessus de cette même moitié gauche du barrage mobile, en position levée au maximum ; - la figure 3 représente une coupe selon l'axe III-III de la figure 1, le barrage suivant l'invention étant en position levée au maximum ; - la figure 4 représente une coupe similaire à celle de la figure 3, le barrage suivant l'invention étant en position abaissée au maximum ;
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- la figure 5 est une vue latérale d'une pièce d'étanchéité ;
- la figure 6 est une vue latérale d'un barrage suivant une variante de l'invention ; - la figure 7 est une vue du dessus de la moitié d'un caisson suivant une variante de l'invention ; - la figure 8 est une vue latérale d'une pièce d'étanchéité apte à être utilisée dans cette même variante de l'invention ; - la figure 9 est une vue partielle d'un mécanisme de treuil élaboré, vue de face et du côté amont ; - la figure 10 est une vue en éclaté, vue suivant l'axe et du coté gauche, d'un mécanisme de treuil élaboré ; - la figure 11 est une vue extérieure de ce mécanisme de treuil ; - la figure 12 est une vue en perspective cavalière, d'une moitié gauche d'un caisson d'un barrage suivant l'invention, vue du coté aval.
Ainsi que le montre la figure 1, le barrage est constitué d'un caisson supérieur 1, d'un ensemble de caissons intermédiaires 2, et d'un caisson inférieur 3, formant un rideau télescopique vertical.
Les caissons 1, 2, 3 ont une hauteur sensiblement égale. Ils ont une dimension longitudinale, c'est-à-dire perpendiculaire au cours d'eau, sensiblement égale à la distance entre deux piles. Ils ont une largeur, c'est-àdire une dimension dans le sens du cours d'eau, variable, le caisson le plus large étant le caisson inférieur 3, les caissons intermédiaires 2 ayant des largeurs décroissantes, le caisson supérieur 1 étant le moins large.
Chaque caisson 1,2, 3 comprend une semelle inférieure plane 4, deux parois latérales 5, une paroi supérieure 6, une face amont 7, et une face aval 8. De manière avantageuse, la face aval 8 est plane, et la face amont 7 est incurvée, sa concavité étant orientée vers l'aval.
La paroi supérieure 6 du caisson supérieur l
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recouvre entièrement le caisson, et comprend une partie 9 qui s'étend vers l'aval du barrage, et guide la lame d'eau déversée au-dessus du barrage (figures 2,3 et 4).
Les parois supérieures 6 des caissons intermédiaires 2 ou du caisson inférieur 3 comprennent une ouverture dans laquelle peut coulisser librement le caisson immédiatement au-dessus.
Comme on peut le voir aux figures 3 et 4, la face amont 7 de chacun des caissons intermédiaires 2 et du caisson supérieur 1 est inclinée vers l'aval. Chaque caisson successif a une largeur réduite par rapport au caisson situé en dessous. Lorsque le barrage est en position entièrement levée, ainsi que l'on peut le voir à la figure 3, les extrémités amont et aval de la semelle inférieure 4 d'un caisson s'engagent et s'appuient sur la face inférieure de la paroi supérieure 6 du caisson situé immédiatement au-dessous. Ceci empêche le levage du barrage au-delà de cette position entièrement levée, et assure l'étanchéité entre deux caissons.
Comme on peut le voir à la figure 2 et à la figure 6, les piles comprennent une battée 10, qui est une face plane verticale placée dans un plan perpendiculaire à la direction du cours d'eau. Elles comprennent également une face plane verticale 11 placée dans un plan vertical parallèle à la direction du cours d'eau.
La battée 10 et la face 11 peuvent être constituées de deux tôles plates ou d'une cornière en acier boulonnée dans la maçonnerie ou le béton de la pile.
L'étanchéité entre la battée 10 d'une pile et chaque caisson 2,3 est assurée par l'appui de celui-ci sur une tôle d'étanchéité 12 représentée à la figure 5. Cette tôle d'étanchéité 12 est fixée perpendiculairement à la battée 10. En l'absence de cette tôle d'étanchéité 12, l'eau pourrait s'écouler librement de l'amont vers l'aval, en passant entre les faces verticales 11 et les extrémités longitudinales des caissons, puis entre la battée 10 et les faces aval 8 des caissons. Cette tôle d'étanchéité 12 permet donc de limiter le débit de fuite.
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La tôle d'étanchéité 12 comporte des élargissements par paliers, la largeur augmentant vers le haut, de manière à correspondre à la diminution de largeur des caissons.
Chaque caisson 1,2, 3 peut comprendre des moyens anti-friction 13 (figures 2,3) permettant le coulissement vertical d'un caisson 1, 2,3 sur la battée 10, malgré la pression exercée par l'eau située en amont du cours d'eau. De tels moyens peuvent être constitués par des galets tournant autour d'un axe horizontal, ou par des patins munis d'une matière apte à glisser aisément, telle que le Nylon ou le Téflon.
Dans le cas du caisson supérieur 1 et des caissons intermédiaires 2, ces moyens anti-friction 13 sont fixés aux extrémités latérales aval des parois supérieures 6 (figure 6). Dans le cas du caisson inférieur, ces moyens anti-friction 13 sont fixés sur les extrémités latérales aval de la face aval 8 (figure 3).
Des moyens anti-friction peuvent également être apposés sur les extrémités des caissons l, 2,3, s'appuyant sur les faces verticales 11 des piles, et assurant ainsi un guidage latéral.
Le guidage vertical des caissons peut également être assuré par d'autres moyens, utilisés simultanément au guidage par glissement sur les battées 10 et les faces 11 décrit ci-dessus.
Dans une des formes d'exécution de moyens de guidage, une tige verticale 14 est fixée à chacune des deux extrémités longitudinales du caisson inférieur 1.
Comme on peut le voir aux figures 2 et 12, des trous de passage 15 sont pratiqués dans les extrémités longitudinales des parois supérieures 6 des caissons intermédiaires 2 et supérieur 1. Ces trous permettent le passage de la tige 14. Les caissons 1,2 sont alors guidés par cette tige 14 lors de leurs mouvements verticaux.
Dans une variante du barrage suivant l'invention, on prévoit, ainsi qu'on peut le voir à la figure 3, soudés à la semelle inférieure 4 de chacun des
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caissons 1,2, 3, et au milieu de celle ci, un tube vertical 16. Un trou de passage 17 est pratiqué dans la semelle inférieure d'un caisson 1,2, au droit du point de fixation du tube vertical 16. La hauteur d'un tube vertical 16 est supérieure à la hauteur du caisson auquel il est fixé.
Le diamètre d'un tube vertical 16 est tel qu'il peut coulisser librement à l'intérieur du tube vertical 16 du caisson situé immédiatement au-dessus. On obtient ainsi un mécanisme télescopique qui assure le guidage de la partie centrale des caissons 1,2, 3 lors de leur montée et de leur descente.
Le barrage suivant l'invention comprend un mécanisme de treuil 18, représenté schématiquement à la figure 1. Celui-ci comprend un ensemble étagé de poulies constitué d'autant de poulies 21 que de caissons intermédiaires 2 et supérieur 1.
Un mécanisme d'entraînement non représenté, qui peut être manuel ou motorisé, permet de faire tourner simultanément l'ensemble des poulies 21 du tambour 20 autour d'un axe 19. Des moyens permettent d'effectuer la rotation dans un sens ou dans l'autre, et de réaliser un freinage et un blocage de la rotation.
Des câbles 22 sont solidarisés d'une part, à chacune de ces poulies 21 d'autre part à des oreilles de levage 23 fixées aux extrémités longitudinales des parois supérieures 6 des caissons intermédiaires et supérieur 1.
Chaque caisson intermédiaire 2 ou supérieur 1 est ainsi associé à une poulie 21. Le diamètre de chacune de ces poulies 21 associées est augmenté linéairement lorsqu'on passe du caisson intermédiaire 2 situé le plus bas au caisson supérieur 1.
On réalise ainsi un mécanisme qui assure, pour un angle de rotation donné du tambour 20, un déplacement relatif de chacun des caissons intermédiaires 2 et supérieur 1 de même valeur par rapport au caisson immédiatement inférieur. Le déplacement vertical absolu du caisson intermédiaire 2 situé le plus bas est le plus
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réduit. Le déplacement vertical absolu des caissons intermédiaires 2 est augmenté, et le déplacement vertical absolu du caisson supérieur 1 est le plus grand.
Comme on peut le voir à la figure 2, les oreilles de levage 23 sont situées sur les faces supérieures 6 des caissons intermédiaires 2 et supérieur 1 à une distance du plan vertical de l'axe de rotation 19 sensiblement égale au demi-diamètre de la poulie correspondante. Chacune de ces oreilles de levage 23 est également décalée, par rapport à celle du caisson situé en dessous vers le milieu du pertuis. Les câbles 22 assurent ainsi un effort de traction sensiblement vertical.
Le barrage suivant l'invention peut, par les mécanismes décrits ci-dessus, être mis et maintenu dans toute position intermédiaire entre l'état complètement abaissé représenté à la figure 4, et l'état complètement levé, représenté à la figure 3. On remarquera que l'ensemble des caissons reste toujours immergé. Le caisson inférieur 3 reste posé sur le fond du cours d'eau. Le caisson inférieur 3 peut également être posé au fond d'une tranchée pratiquée dans le radier du barrage. Cette dernière disposition est appliquée avantageusement dans le cas de nouveaux barrages, dans lesquels la dite tranchée peut être prévue lors de la construction.
Dans le cas où l'on souhaite enlever complètement le barrage, soit pour des raisons d'entretien, soit parce qu'on souhaite laisser s'écouler entièrement l'eau contenue dans le bief supérieur, on peut procéder au levage complet de l'ensemble du barrage, y compris le caisson inférieur 3. Pour ce faire, on peut relier un câble à des tiges de levage 14 solidarisées au caisson inférieur 3. L'ensemble des caissons, dans la position représentée à la figure 4, est alors relevé.
Dans le cas où on souhaite pouvoir relever complètement le barrage, de manière aisée, et nécessitant une intervention manuelle minime, on met en oeuvre un mécanisme de treuil élaboré, représenté aux figure 9,10 et 11. Celui-ci comprend le même ensemble étagé de poulies 21,
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solidaires de l'axe 19. Il comprend en outre une poulie 25 tournant librement autour de l'axe 19. Les oreilles de levage 23 des caissons intermédiaires 2 et du caisson supérieur 1 sont placées, ainsi que le montre la figure 7, de manière à laisser un espace à des oreilles de levage 26 du caisson inférieur 3. Un câble 22 est relié d'une part à la poulie 25, et d'autre part à une patte d'oie reliée aux oreilles 26 du caisson inférieur 3. Ce mécanisme de treuil élaboré comprend en outre un tambour cylindrique 27 entourant l'ensemble des poulies 21 et 25.
Ce tambour 27 comporte une ouverture 28 suivant une génératrice du cylindre. Cette ouverture est bordée de deux ensembles de galets 29, placés également suivant des génératrices du cylindre. Chacun de ces ensembles de galets comprend un galet 29 pour chacun des câbles 22. Ces galets 29 tournent librement autour d'un axe, et évitent les frottements des câbles 22 lors des opérations de montée et de descente du barrage. Le tambour 27 peut tourner librement, au moyen de roulements 30, autour de l'axe 19. On peut également solidariser le tambour à l'axe 19 du mécanisme de treuil, au moyen d'un mécanisme connu en soi, tel que des clavettes. Un tel mécanisme de solidarisation est représenté schématiquement à la figure 10.
Un barrage muni d'un tel mécanisme de treuil peut alors être exploité suivant les deux modes ci-après :
Dans un premier mode d'exploitation, 1 tambour 27 et la poulie 25 tournent librement autour de l'axe 19.
La rotation de l'axe 19 permet de monter ou descendre le barrage en fonction du débit ou du niveau d'eau souhaité.
Les câbles 22 passent à travers la fente 28. Le tambour 27 tourne librement autour de l'axe 19, tout en présentant sa fente 28 vers le bas.
Dans un second mode d'exploitation, le tambour 27 est rendu solidaire de l'axe 19 au moyen du mécanisme 31. La rotation de l'arbre 19 entraîne alors la rotation du tambour 27. Les câbles 22 s'appuient sur les galets 29 et s'enroulent autour du tambour 27. L'ensemble du barrage est alors soulevé. Le sens de rotation du treuil, et la
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position des oreilles de levage 26 sont choisis de manière telle que l'effort de traction appliqué par les câbles 22 associés au caisson inférieur 3 éloigne celui-ci de la battée aval 10, de manière à diminuer les forces de frottement.
On peut en outre prévoir un mécanisme de guidage, utile pour soulever l'ensemble du barrage tant au moyen des tiges de guidage 14 que du mécanisme de treuil élaboré. Ce mécanisme de guidage comprend une tôle 32 solidaire de la face 11 perpendiculaire à la battée, et inclinée vers l'amont, ainsi qu'on peut le voir à la figure 6. Cette tôle de guidage 32 a une hauteur sensiblement égale à la hauteur du barrage, une épaisseur de l'ordre de 20 mm et une largeur de l'ordre de 50 mm. Une plaque de tôle 33 est fixée sur la face latérale 5 du caisson inférieur 3, de manière à s'appuyer sur la tôle de guidage 32. Des patins anti-friction 34, réalisés dans une matière telle que le Nylon et le Téflon sont éventuellement intercalés entre la tôle de guidage 32 et la plaque 33.
La figure 8 montre une tôle d'étanchéité 12 dont la forme est adaptée à un barrage comportant un tel mécanisme de guidage.
Chacun des caissons intermédiaires 2 et supérieur 1 peut comporter un ou plusieurs trous 36 pratiqués dans la semelle inférieure 4. Ces trous 36 assurent l'évacuation de l'eau et de la boue contenues dans le caisson lors des opérations de levage complet de l'ensemble.
Ils permettent également l'admission et l'évacuation d'eau dans le caisson lors des opérations de levée et d'abaissement du barrage. Les trous équivalents 37 du caisson inférieur 3 sont pratiqués dans la face aval 8 (figure 1).
Dans une variante préférée de l'invention, la face amont 7 de chacun des caissons 1,2, 3 est renforcée, afin de lui donner la rigidité lui permettant de résister à la pression hydrostatique. Un tel renforcement peut être obtenu par exemple réalisant la face amont 7 au moyen d'un
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tube à section rectangulaire 38, incurvé, appliqué à la face inférieure de la partie amont de la paroi supérieure 6, une tôle, également incurvée assurant la liaison entre ledit tube à section rectangulaire et la semelle inférieure 4 (figure 3). Des triangles de renfort 39 peuvent être prévus entre le tube à section rectangulaire 38 et la tôle.
Les caissons du barrage suivant l'invention peuvent être réalisés en toute matière appropriée, par exemple l'acier inoxydable de type AISI 304, ou l'acier au carbone de type Naxtra 70 ou STE 355. Une épaisseur de tôle de l'ordre de 10 mm convient pour la réalisation d'un barrage de 4 à 6 m de largeur par pertuis. Certaines pièces, comprenant notamment la tôle d'étanchéité 12, les parties latérales des parois supérieures 6, les battées 10 et les faces verticales 11, sont avantageusement réalisées dans un matériau plus épais.
Le barrage suivant l'invention présente de nombreux avantages. Il peut être installé en remplacement d'un barrage traditionnel tel que décrit dans l'introduction, sans modification importante des constructions fixes existantes. La modification essentielle est l'installation des battées 10 et de la tôle d'étanchéité 12.
Le mécanisme de treuil peut être réutilisé, moyennant l'adaptation du tambour 20 muni de poulies 21.
Le mécanisme de barrage suivant l'invention se prête bien à une automatisation. Le treuil peut être entraîné par un moteur électrique, lui-même commandé automatiquement. Les opérations de levage et d'abaissement peuvent alors se faire sans opérations manuelles. En particulier, les chaînes du barrage traditionnel, qui doivent être manipulées, sont remplacées par des câbles 22, en acier inoxydable, avec tendeurs de réglage, dimensionnés en fonction des charges, et installés de manière permanente.
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Dam capable of being raised and lowered for watercourses
The present invention relates to dams for watercourses, capable of being raised and lowered.
Such dams are used to regulate the water flow as well as the water level of the upper reach of a watercourse. The present invention applies to any type of watercourse, for example rivers, irrigation canals and waste water drainage canals.
A device traditionally used to regulate the water flow of a watercourse and the water level of the upper reach is described below. Vertical piers are established on the banks of the stream. If the width of the watercourse justifies it, additional piers are distributed equidistantly or substantially equidistantly between the piers located on the banks. These
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batteries thus delimit one or more holes allowing the passage of water. The width of each of these holes is approximately 5 m. The height of the device depends on the desired drop, and can represent 2 to 3 m.
A vertical groove is made in each of the stacks.
This groove is oriented towards the middle of the corresponding hole. Horizontal beams are inserted into the grooves on either side of a sluice. The ends of the beams are supported on the downstream internal faces of the corresponding grooves, which thus act as battées. A chain is fixed in the vicinity of each of the ends of these beams. These two chains allow the lifting or lowering of a beam. Successive beams placed one on the other allow to fix the water level of the upper reach. To lower the water level of the upper reach, connect the two chains attached to the upper beam to a winch mechanism located on the upper part of the piers. The winch is then operated to lift the first beam.
When it has risen to the top of the stacks, it is manually extracted from the grooves of the
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batteries, and store it in a suitable place, as well as its two chains. We then connect the two chains of the second beam and we proceed as above. We go up in this way, depending on the water level of the upper reach that we want to obtain, and the water flow that we want to let through, an appropriate number of beams.
When the dam comprises several openings, we proceed to the removal of beams in each of them, in order to distribute the water flow harmoniously between several openings, and thus to minimize the efforts on the piles.
The installation of beams, in order to raise the water level of the upper reach or reduce the water flow, involves the operations described above, of course performed in reverse order. When a beam is placed in the watercourse, its two chains are detached from the winch, and fixed at an attachment point on the upper part of the piers. The winch is thus free for the installation of the next beam.
Raising and lowering beams represent numerous and particularly painful handling operations. The beams, generally solid wood, waterlogged, each represent a weight of the order of 180 to 510 kg. It will be understood that the operations of lifting or lowering beams constitute a heavy task for operators, in particular when the climatic conditions are unfavorable. The handling operations as described above do not lend themselves to automation.
European patent EP 0 356 362 discloses a "river dam, and more particularly, a cofferdam". This barrier comprises a movable door, formed by one or more panels. Seals and mechanical spring means allow the seals to be compressed, thus ensuring an excellent seal at this dam. However, it has the same drawback as the traditional beam system, namely the great difficulty of handling the panels during their installation.
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or their removal.
Attempts have been made to remedy the drawbacks mentioned above. We also looked for a solution that can be installed in existing leaks, requiring the minimum of adaptations to the infrastructure, and having, once installed, an aspect as close as possible to the traditional landscape of a river dam. , thus avoiding disfiguring sites with unsightly equipment.
The object of the present invention is to remedy the drawbacks mentioned above by providing an adjustable watercourse barrier, capable of being installed without significant modification to the existing infrastructure, allowing easy lifting and lowering operations, requiring little or no handling, and having an aesthetic appearance.
The subject of the invention is a dam for regulating the flow and the water level of the upper reach of a watercourse, comprising two or more vertical piles delimiting one or more water passage holes. This barrier comprises a vertical telescopic curtain consisting of superimposed boxes, each box, with the exception of the lower box being able to fit into the box located immediately below it. The telescopic curtain can be brought continuously from a position where all the boxes are fitted to the maximum, to a position where the telescopic curtain occupies a maximum height.
Preferably, the vertical piers located on either side of a trough each have a vertical opening facing upstream of the stream, on which the telescopic curtain is supported.
A sealing element between the door and the telescopic curtain is provided. This sealing element can be a sheet fixed perpendicularly to the beating, and comprising enlargements in stages, the width increasing upwards, so as to correspond to the reduction in width of the boxes.
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Preferably, the dam according to the invention comprises lifting means allowing the lifting and lowering of the telescopic curtain. These means may include a winch mechanism comprising a drum provided with pulleys, each pulley being connected by a cable to an intermediate box or to the corresponding upper box, the diameter of the pulleys being chosen in such a way that during lifting or lowering the telescopic curtain, each intermediate box or the upper box is moved the same distance relative to the box immediately below.
In one embodiment of the dam according to the invention, the boxes include anti-friction means fixed to the longitudinal ends of the boxes and facilitating the sliding of a box on the beating or the perpendicular vertical face of the stack. These anti-friction means can be rollers rotating around a horizontal axis or pads provided with a material capable of sliding easily, such as nylon or Teflon.
In a preferred embodiment, the dam according to the invention comprises means for guiding the vertical movement of a box relative to the lower box.
These guide means may include a vertical rod fixed to each longitudinal end of the upper wall of the lower box, through holes being made in the longitudinal ends of the upper walls of the intermediate boxes and of the upper box. The rod then guides the boxes in their vertical movements.
These guide means may also include a set of vertical tubes welded in the middle of the lower flanges of the boxes. Through holes are made in the lower flanges of the upper and intermediate boxes, the diameter of each of the tubes being such that they can slide freely inside the vertical tubes of the boxes located
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immediately above.
Lifting rods make it possible to ensure, in cooperation with the lifting means, the complete lifting of the telescopic curtain.
Preferably, the boxes have holes capable of ensuring the evacuation of water and sludge during lifting and lowering operations of the telescopic curtain.
In a preferred form, the winch mechanism comprises means capable of allowing the lifting of the entire dam. Such a winch mechanism may include an additional pulley, distinct from the pulleys described above, freely rotating around the axis and connected to a cable fixed to the lower box. This mechanism may further include a drum completely surrounding the pulleys. The drum has an opening suitable for letting cables pass, and can rotate freely around the axis. A securing mechanism makes it possible to secure the drum and the shaft. When the latter is engaged, the rotation of the axis, and of the drum, causes the cables to be wound around the periphery of this drum, and the entire barrage is then lifted.
Other particularities and advantages of the dams according to the invention will emerge from the description below of a particular embodiment, reference being made to the appended drawings, in which - Figure 1 is a front view, seen from the upstream side , of a left half of a dam according to the invention, in the raised position at most; - Figure 2 is a top view of the same left half of the movable boom, in the raised position to the maximum; - Figure 3 shows a section along the axis III-III of Figure 1, the dam according to the invention being in the raised position to the maximum; - Figure 4 shows a section similar to that of Figure 3, the dam according to the invention being in the lowered position to the maximum;
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- Figure 5 is a side view of a sealing part;
- Figure 6 is a side view of a dam according to a variant of the invention; - Figure 7 is a top view of half of a box according to a variant of the invention; - Figure 8 is a side view of a sealing part suitable for use in this same variant of the invention; - Figure 9 is a partial view of an elaborate winch mechanism, seen from the front and from the upstream side; - Figure 10 is an exploded view, seen along the axis and on the left side, of an elaborate winch mechanism; - Figure 11 is an exterior view of this winch mechanism; - Figure 12 is a perspective view of a left half of a casing of a dam according to the invention, seen from the downstream side.
As shown in Figure 1, the dam consists of an upper box 1, a set of intermediate boxes 2, and a lower box 3, forming a vertical telescopic curtain.
The boxes 1, 2, 3 have a substantially equal height. They have a longitudinal dimension, that is to say perpendicular to the watercourse, substantially equal to the distance between two piles. They have a variable width, that is to say a dimension in the direction of the watercourse, the widest box being the bottom box 3, the intermediate boxes 2 having decreasing widths, the top box 1 being the least large.
Each box 1,2, 3 comprises a flat bottom flange 4, two side walls 5, an upper wall 6, an upstream face 7, and a downstream face 8. Advantageously, the downstream face 8 is flat, and the upstream face 7 is curved, its concavity being oriented downstream.
The upper wall 6 of the upper box l
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completely covers the box, and includes a part 9 which extends downstream of the dam, and guides the sheet of water discharged above the dam (Figures 2,3 and 4).
The upper walls 6 of the intermediate boxes 2 or of the lower box 3 include an opening in which the box can slide freely immediately above.
As can be seen in Figures 3 and 4, the upstream face 7 of each of the intermediate boxes 2 and the upper box 1 is inclined downstream. Each successive box has a reduced width compared to the box located below. When the barrier is in the fully raised position, as can be seen in FIG. 3, the upstream and downstream ends of the lower flange 4 of a box engage and rest on the underside of the wall upper 6 of the box located immediately below. This prevents the boom from being lifted beyond this fully raised position, and ensures sealing between two boxes.
As can be seen in FIG. 2 and in FIG. 6, the stacks include a pan 10, which is a vertical plane face placed in a plane perpendicular to the direction of the watercourse. They also include a vertical flat face 11 placed in a vertical plane parallel to the direction of the watercourse.
The beating 10 and the face 11 may consist of two flat sheets or of a steel angle bolted into the masonry or the concrete of the pile.
The seal between the opening 10 of a stack and each box 2,3 is ensured by the support of the latter on a sealing sheet 12 shown in FIG. 5. This sealing sheet 12 is fixed perpendicular to the beat 10. In the absence of this sealing sheet 12, the water could flow freely from upstream to downstream, passing between the vertical faces 11 and the longitudinal ends of the caissons, then between the battée 10 and the downstream faces 8 of the boxes. This sealing sheet 12 therefore makes it possible to limit the leakage rate.
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The sealing plate 12 has enlargements in stages, the width increasing upwards, so as to correspond to the reduction in width of the boxes.
Each box 1,2,3 can include anti-friction means 13 (Figures 2,3) allowing the vertical sliding of a box 1,2,3 on the beating 10, despite the pressure exerted by the water located upstream of the river. Such means can be constituted by rollers rotating around a horizontal axis, or by pads provided with a material capable of sliding easily, such as nylon or Teflon.
In the case of the upper box 1 and the intermediate boxes 2, these anti-friction means 13 are fixed to the downstream lateral ends of the upper walls 6 (FIG. 6). In the case of the lower box, these anti-friction means 13 are fixed on the downstream lateral ends of the downstream face 8 (FIG. 3).
Anti-friction means can also be affixed to the ends of the boxes 1, 2,3, bearing on the vertical faces 11 of the stacks, and thus ensuring lateral guidance.
The vertical guidance of the boxes can also be ensured by other means, used simultaneously with sliding guidance on the ends 10 and the faces 11 described above.
In one embodiment of guide means, a vertical rod 14 is fixed to each of the two longitudinal ends of the lower box 1.
As can be seen in FIGS. 2 and 12, through holes 15 are made in the longitudinal ends of the upper walls 6 of the intermediate 2 and upper 1 boxes. These holes allow the rod 14 to pass. The boxes 1, 2 are then guided by this rod 14 during their vertical movements.
In a variant of the dam according to the invention, provision is made, as can be seen in FIG. 3, welded to the lower flange 4 of each of the
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boxes 1,2, 3, and in the middle thereof, a vertical tube 16. A through hole 17 is made in the bottom flange of a box 1,2, in line with the point of attachment of the vertical tube 16. The height of a vertical tube 16 is greater than the height of the box to which it is fixed.
The diameter of a vertical tube 16 is such that it can slide freely inside the vertical tube 16 of the box located immediately above. A telescopic mechanism is thus obtained which guides the central part of the boxes 1, 2, 3 when they are raised and lowered.
The dam according to the invention comprises a winch mechanism 18, shown diagrammatically in FIG. 1. This comprises a stepped set of pulleys made up of as many pulleys 21 as there are intermediate 2 and upper boxes 1.
A drive mechanism, not shown, which can be manual or motorized, makes it possible to simultaneously rotate all of the pulleys 21 of the drum 20 about an axis 19. Means allow the rotation to be carried out in one direction or in the 'other, and to realize a braking and a blocking of the rotation.
Cables 22 are secured on the one hand, to each of these pulleys 21 on the other hand to lifting lugs 23 fixed to the longitudinal ends of the upper walls 6 of the intermediate and upper boxes 1.
Each intermediate box 2 or upper 1 is thus associated with a pulley 21. The diameter of each of these associated pulleys 21 is increased linearly when passing from the lower intermediate box 2 located to the upper box 1.
A mechanism is thus produced which ensures, for a given angle of rotation of the drum 20, a relative displacement of each of the intermediate 2 and upper 1 caissons of the same value relative to the immediately lower caisson. The absolute vertical displacement of the lowest intermediate casing 2 is the most
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reduced. The absolute vertical displacement of the intermediate caissons 2 is increased, and the absolute vertical displacement of the upper caisson 1 is the greatest.
As can be seen in FIG. 2, the lifting lugs 23 are located on the upper faces 6 of the intermediate and upper 2 casings 1 at a distance from the vertical plane of the axis of rotation 19 substantially equal to the half-diameter of the corresponding pulley. Each of these lifting lugs 23 is also offset, relative to that of the box located below towards the middle of the hole. The cables 22 thus provide a substantially vertical tensile force.
The barrier according to the invention can, by the mechanisms described above, be put and maintained in any intermediate position between the fully lowered state shown in Figure 4, and the fully raised state, shown in Figure 3. We note that all of the boxes always remain submerged. The lower box 3 remains placed on the bottom of the stream. The lower box 3 can also be placed at the bottom of a trench made in the raft of the dam. This latter arrangement is advantageously applied in the case of new dams, in which the said trench may be provided during construction.
If you want to completely remove the dam, either for maintenance reasons or because you want to let the water in the upper reach run completely, you can proceed with the complete lifting of the whole of the dam, including the lower box 3. To do this, one can connect a cable to lifting rods 14 secured to the lower box 3. All the boxes, in the position shown in Figure 4, is then raised .
In the case where it is desired to be able to raise the dam completely, in an easy manner, and requiring minimal manual intervention, an elaborate winch mechanism is used, represented in FIGS. 9, 10 and 11. This comprises the same stepped assembly of pulleys 21,
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integral with the axis 19. It further comprises a pulley 25 freely rotating around the axis 19. The lifting lugs 23 of the intermediate boxes 2 and of the upper box 1 are placed, as shown in FIG. 7, so to leave a space for lifting ears 26 of the lower box 3. A cable 22 is connected on the one hand to the pulley 25, and on the other hand to a crow's feet connected to the ears 26 of the lower box 3. This an elaborate winch mechanism further comprises a cylindrical drum 27 surrounding the set of pulleys 21 and 25.
This drum 27 has an opening 28 along a generatrix of the cylinder. This opening is bordered by two sets of rollers 29, also placed along generatrices of the cylinder. Each of these sets of rollers comprises a roller 29 for each of the cables 22. These rollers 29 rotate freely about an axis, and avoid friction of the cables 22 during the operations of raising and lowering of the dam. The drum 27 can rotate freely, by means of bearings 30, around the axis 19. The drum can also be secured to the axis 19 of the winch mechanism, by means of a mechanism known per se, such as keys . Such a joining mechanism is shown diagrammatically in FIG. 10.
A dam equipped with such a winch mechanism can then be operated in the following two modes:
In a first operating mode, 1 drum 27 and the pulley 25 rotate freely around the axis 19.
The rotation of the axis 19 makes it possible to raise or lower the dam according to the desired flow rate or water level.
The cables 22 pass through the slot 28. The drum 27 rotates freely around the axis 19, while presenting its slot 28 downwards.
In a second mode of operation, the drum 27 is made integral with the axis 19 by means of the mechanism 31. The rotation of the shaft 19 then causes the rotation of the drum 27. The cables 22 are supported on the rollers 29 and are wound around the drum 27. The entire dam is then raised. The direction of rotation of the winch, and the
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position of the lifting lugs 26 are chosen such that the tensile force applied by the cables 22 associated with the lower box 3 moves the latter away from the downstream thrust 10, so as to reduce the frictional forces.
One can also provide a guide mechanism, useful for lifting the entire dam both by means of guide rods 14 and the winch mechanism developed. This guide mechanism comprises a sheet 32 integral with the face 11 perpendicular to the beating, and inclined upstream, as can be seen in FIG. 6. This guide sheet 32 has a height substantially equal to the height of the dam, a thickness of the order of 20 mm and a width of the order of 50 mm. A sheet metal plate 33 is fixed on the lateral face 5 of the lower box 3, so as to rest on the guide sheet 32. Anti-friction pads 34, made of a material such as Nylon and Teflon are optionally interposed between the guide plate 32 and the plate 33.
FIG. 8 shows a sealing sheet 12 whose shape is adapted to a dam comprising such a guide mechanism.
Each of the intermediate 2 and upper 1 caissons may include one or more holes 36 made in the lower sole 4. These holes 36 ensure the evacuation of the water and the mud contained in the caisson during the operations of complete lifting of the together.
They also allow the admission and evacuation of water in the box during the lifting and lowering of the dam. The equivalent holes 37 of the lower box 3 are made in the downstream face 8 (FIG. 1).
In a preferred variant of the invention, the upstream face 7 of each of the boxes 1, 2, 3 is reinforced, in order to give it the rigidity allowing it to withstand the hydrostatic pressure. Such reinforcement can be obtained for example by carrying out the upstream face 7 by means of a
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rectangular section tube 38, curved, applied to the lower face of the upstream part of the upper wall 6, a sheet, also curved, ensuring the connection between said rectangular section tube and the bottom flange 4 (FIG. 3). Reinforcement triangles 39 may be provided between the rectangular section tube 38 and the sheet.
The dam casings according to the invention can be made of any suitable material, for example stainless steel of type AISI 304, or carbon steel of type Naxtra 70 or STE 355. A sheet thickness of the order of 10 mm is suitable for the construction of a dam 4 to 6 m wide by port. Certain parts, comprising in particular the sealing sheet 12, the lateral parts of the upper walls 6, the flaps 10 and the vertical faces 11, are advantageously made of a thicker material.
The dam according to the invention has many advantages. It can be installed to replace a traditional dam as described in the introduction, without significant modification of existing fixed constructions. The essential modification is the installation of the battées 10 and the sealing sheet 12.
The winch mechanism can be reused, by adapting the drum 20 provided with pulleys 21.
The barrier mechanism according to the invention lends itself well to automation. The winch can be driven by an electric motor, which is automatically controlled. The lifting and lowering operations can then be carried out without manual operations. In particular, the chains of the traditional dam, which must be handled, are replaced by cables 22, made of stainless steel, with adjustment tensioners, sized according to the loads, and permanently installed.