Ponceau - Culvert

Ponceau en pierre à Haapsalu , Estonie
Ponceau en acier avec un bassin profond en dessous
Un assemblage de ponceaux multiples en Italie
Ponceaux en caisson en béton .
Grand ponceau en caisson. ponceau de la rivière Monterroso

Un ponceau est une structure qui canalise l'eau au-delà d'un obstacle ou pour canaliser une voie navigable souterraine. Typiquement encastré de manière à être entouré de terre, un ponceau peut être constitué d'un tuyau , de béton armé ou d'un autre matériau. Au Royaume-Uni , le mot peut également être utilisé pour un cours d'eau plus long enfoui artificiellement .

Les ponceaux sont couramment utilisés à la fois comme drains transversaux pour soulager le drainage des fossés au bord de la route et pour faire passer l'eau sous une route au niveau du drainage naturel et des traversées de cours d'eau. Lorsqu'ils se trouvent sous les routes, ils sont souvent vides. Un ponceau peut également être une structure semblable à un pont conçue pour permettre aux véhicules ou aux piétons de traverser la voie navigable tout en permettant un passage adéquat pour l'eau.

Les ponceaux se présentent sous de nombreuses tailles et formes, notamment des constructions rondes, elliptiques, à fond plat, à fond ouvert, en forme de poire et en forme de boîte. Le choix du type et de la forme du ponceau est basé sur un certain nombre de facteurs, notamment les exigences de performance hydraulique, les limites de l'élévation de la surface de l'eau en amont et la hauteur du remblai de la chaussée.

Le processus d'enlèvement des ponceaux pour restaurer un cours d'eau à ciel ouvert est connu sous le nom d' éclairage naturel . Au Royaume-Uni, la pratique est également connue sous le nom de dépucelage.

Matériaux

Ponceau ondulé en acier avec une baisse sur l'extrémité d'échappement, le nord du Vermont

Les ponceaux peuvent être construits à partir de divers matériaux, notamment du béton coulé sur place ou préfabriqué (armé ou non), de l'acier galvanisé , de l'aluminium ou du plastique (généralement du polyéthylène haute densité ). Deux matériaux ou plus peuvent être combinés pour former des structures composites . Par exemple, les structures en acier ondulé à fond ouvert sont souvent construites sur des semelles en béton.

Conception et ingénierie

Un ponceau sous la Vistule rivière levee et une rue de Varsovie .

La construction ou l'installation sur un site de ponceau entraîne généralement une perturbation du sol du site, des berges ou du lit du cours d'eau et peut entraîner l'apparition de problèmes indésirables tels que des trous d' affouillement ou l'affaissement des berges adjacentes à la structure du ponceau.

Les ponceaux doivent être correctement dimensionnés et installés, et protégés de l' érosion et de l'affouillement. De nombreuses agences américaines telles que la Federal Highway Administration , le Bureau of Land Management et l' Environmental Protection Agency , ainsi que les autorités étatiques ou locales, exigent que les ponceaux soient conçus et fabriqués pour répondre à des réglementations et directives fédérales, étatiques ou locales spécifiques afin d'assurer une bonne fonction et pour se protéger contre les défaillances des ponceaux.

Les ponceaux sont classés selon des normes pour leurs capacités de charge, leurs capacités de débit d'eau, leur durée de vie et les exigences d'installation pour la litière et le remblayage. La plupart des agences adhèrent à ces normes lors de la conception, de l'ingénierie et de la spécification des ponceaux.

Les échecs

Les défaillances des ponceaux peuvent survenir pour une grande variété de raisons, notamment des défaillances liées à l'entretien, à l'environnement et à l'installation, des défaillances fonctionnelles ou de processus liées à la capacité et au volume provoquant l'érosion du sol autour ou sous eux, et des défaillances structurelles ou matérielles qui provoquent la chute des ponceaux. échouer en raison de l'effondrement ou de la corrosion des matériaux à partir desquels ils sont fabriqués.

Si la panne est soudaine et catastrophique, elle peut entraîner des blessures ou la mort. Les effondrements soudains de routes sont souvent le résultat de sites de franchissement de ponceaux mal conçus et mal conçus ou de changements inattendus dans l'environnement environnant entraînent le dépassement des paramètres de conception. L'eau passant par des ponceaux sous-dimensionnés va récurer le sol environnant au fil du temps. Cela peut provoquer une panne soudaine lors d'événements pluvieux de taille moyenne. Des accidents dus à la défaillance d'un ponceau peuvent également se produire si un ponceau n'a pas été suffisamment dimensionné et qu'une inondation submerge le ponceau ou perturbe la route ou la voie ferrée au-dessus.

Le fonctionnement continu du ponceau sans défaillance dépend de la conception appropriée et des considérations techniques prises en compte pour la charge, le débit hydraulique, l'analyse du sol environnant, le compactage du remblai et de la litière, et la protection contre l'érosion. Un support de remblai mal conçu autour des ponceaux peut entraîner un effondrement ou une défaillance du matériau en raison d'un support de charge inadéquat.

Pour les ponceaux existants qui ont subi une dégradation, une perte d'intégrité structurelle ou qui doivent respecter de nouveaux codes ou normes, la réhabilitation à l'aide d'un tuyau de regarnissage peut être préférée au remplacement. Le dimensionnement d'un ponceau de regarnissage utilise les mêmes critères de conception d'écoulement hydraulique que celui d'un nouveau ponceau. la surface du tuyau de regarnissage (généralement en utilisant un coulis à faible résistance à la compression ) afin d'empêcher ou de réduire les infiltrations et la migration du sol. Le jointoiement sert également à établir une connexion structurelle entre le revêtement, le tuyau hôte et le sol. En fonction de la taille et de l'espace annulaire à remplir ainsi que de l'élévation du tuyau entre l'entrée et la sortie, le jointoiement peut être effectué en plusieurs étapes ou « ascenseurs ». Si plusieurs levages sont nécessaires, un plan de jointoiement est requis qui définit l'emplacement des tubes d'alimentation en coulis, des tubes d'air, le type de coulis à utiliser et, en cas d'injection ou de pompage du coulis, la pression développée requise pour l'injection. Comme le diamètre du tuyau de regarnissage sera plus petit que celui du tuyau hôte, la section d'écoulement sera plus petite. En choisissant un tuyau de regarnissage avec une surface interne très lisse, avec une valeur approximative du facteur de friction Hazen-Williams, C, comprise entre 140 et 150, la zone d'écoulement réduite peut être compensée et les débits hydrauliques potentiellement augmentés grâce à une résistance à l'écoulement de surface réduite. . Des exemples de matériaux de tuyaux avec des facteurs C élevés sont le polyéthylène haute densité (150) et le chlorure de polyvinyle (140).

Impacts environnementaux

Ce ponceau a un fond de surface naturel reliant l'habitat faunique.

Des traversées de cours d'eau sûres et stables peuvent accueillir la faune et protéger la santé des cours d'eau, tout en réduisant l'érosion coûteuse et les dommages structurels. Des ponceaux sous-dimensionnés et mal placés peuvent causer des problèmes pour la qualité de l'eau et les organismes aquatiques. Des ponceaux mal conçus peuvent dégrader la qualité de l'eau par affouillement et érosion, ainsi que restreindre le mouvement des organismes aquatiques entre l'habitat en amont et en aval. Les poissons sont souvent victimes de la perte d'habitat en raison de structures de passage mal conçues.

Les ponceaux qui offrent un passage adéquat aux organismes aquatiques réduisent les obstacles au mouvement des poissons, de la faune et d'autres espèces aquatiques qui nécessitent un passage dans les cours d'eau. Les ponceaux mal conçus sont également plus susceptibles d'être encombrés de sédiments et de débris lors d'épisodes de pluie de moyenne à grande échelle. Si le ponceau ne peut pas laisser passer le volume d'eau dans le cours d'eau, l'eau peut alors déborder du remblai de la route. Cela peut provoquer une érosion importante, entraînant en fin de compte le lavage du ponceau. Le matériau de remblai qui est emporté peut obstruer d'autres structures en aval, provoquant leur défaillance également. Il peut également endommager les cultures et les biens. Une structure correctement dimensionnée et un blindage de rive dur peuvent aider à atténuer cette pression.

Remplacement de ponceau compatible avec le passage d'organismes aquatiques à Franklin, Vermont, juste en amont du lac Carmi

Le remplacement de style ponceau est une pratique répandue dans la restauration des cours d'eau. Les avantages à long terme de cette pratique comprennent une réduction du risque de défaillance catastrophique et un meilleur passage des poissons. Si les meilleures pratiques de gestion sont suivies, les impacts à court terme sur la biologie aquatique sont minimes.

Passage à poissons

Bien que la capacité de décharge du ponceau découle de considérations d'ingénierie hydrologique et hydraulique, cela se traduit souvent par de grandes vitesses dans le baril, créant une barrière possible pour le passage des poissons. Les paramètres critiques du ponceau en termes de passage du poisson sont les dimensions du baril, en particulier sa longueur, la forme de sa section transversale et la pente du radier. La réponse comportementale des espèces de poissons aux dimensions des ponceaux, aux conditions d'éclairage et à la turbulence de l'écoulement peut jouer un rôle dans leur capacité de nage et le taux de passage des ponceaux. Il n'existe pas de moyen technique simple pour déterminer les caractéristiques de turbulence les plus pertinentes pour le passage des poissons dans les ponceaux, mais il est entendu que la turbulence de l'écoulement joue un rôle clé dans le comportement des poissons. Les interactions entre les poissons nageurs et les structures tourbillonnaires impliquent une large gamme d'échelles de longueur et de dents pertinentes. Des discussions récentes ont mis l'accent sur le rôle du mouvement des écoulements secondaires , les considérations des dimensions des poissons par rapport au spectre des échelles de turbulence, et le rôle bénéfique des structures turbulentes à condition que les poissons soient capables de les exploiter. La littérature actuelle sur le passage des poissons dans les ponceaux se concentrait principalement sur les espèces de poissons à nage rapide, mais quelques études ont plaidé en faveur de meilleures directives pour les poissons de petite taille, y compris les juvéniles. Enfin, une solide compréhension de la typologie de la turbulence est une exigence de base pour toute conception réussie de structure hydraulique propice au passage des poissons en amont.

Perte d'énergie minimale ponceaux

Ponceau en métal ondulé

Dans les plaines côtières du Queensland , en Australie, les pluies torrentielles pendant la saison des pluies sollicitent fortement les ponceaux. La pente naturelle des plaines inondables est souvent très faible, et peu de chute (ou de perte de charge ) est autorisée dans les ponceaux. Les chercheurs ont développé et breveté la procédure de conception de ponceaux à perte d'énergie minimale qui produisent un petit afflux.

Un ponceau ou une voie navigable à perte d'énergie minimale est une structure conçue avec le concept de perte de charge minimale. Le flux dans le canal d'approche est contracté par une entrée profilée dans le baril où la largeur du canal est minimale, puis il est dilaté dans une sortie profilée avant d'être finalement libéré dans le canal naturel en aval. L'entrée et la sortie doivent être rationalisées pour éviter des pertes de forme importantes. L'inverter du canon est souvent abaissé pour augmenter la capacité de décharge.

Le concept de ponceaux à perte d'énergie minimale a été développé par un ingénieur du comté de Victoria et un professeur à l'Université du Queensland à la fin des années 1960. Alors qu'un certain nombre de structures de petite taille ont été conçues et construites à Victoria, certaines structures majeures ont été conçues, testées et construites dans le sud-est du Queensland.

Sylviculture

En foresterie , l'utilisation appropriée de ponceaux de drainage transversal peut améliorer la qualité de l'eau tout en permettant la poursuite des opérations forestières.

Voir également

  • Pont  – structure construite pour franchir les obstacles physiques
  • Pont Clapper  – Pont formé par de grandes dalles plates de pierre
  • Drainage  - Enlèvement de l'eau d'une zone
  • Échelle à poissons  – Structure permettant aux poissons de migrer en amont autour des barrières
  • Traversée de basses eaux
  • Égout sanitaire  - Système de canalisation ou de tunnel souterrain pour le transport des eaux usées des maisons ou des bâtiments vers les installations de traitement ou d'élimination
  • Rivière souterraine  – Rivière qui coule en tout ou en partie sous la surface du sol

Remarques

Les références

Liens externes