Centrale hydroélectrique d'Iffezheim

Définition du problème

Le barrage d'Iffezheim est situé au PK 334,0 du Rhin sur la rive droite du Rhin dans un axe comprenant un barrage, une digue de fermeture du Rhin et une écluse. Il s'agit de la dixième et dernière centrale de la chaîne du Rhin supérieur au nord de Bâle. La centrale existante a été mise en service en 1978. Elle est l'une des plus grandes centrales au fil de l'eau d'Europe et possède actuellement quatre grandes turbines tubulaires. Dans le cadre de l'extension de la centrale d'Iffezheim sur le Rhin, une centrale commune d'EnBW Kraftwerke AG et d'EDF Electricité de France, avec l'installation d'une cinquième turbine tubulaire, la réalisation de trois fouilles est nécessaire, la fouille amont (entrée), la fouille HBG (centrale) et la fouille aval (tuyau d'aspiration et sortie). Toutes les fouilles se trouvent à l'intérieur d'une digue insulaire contiguë à la centrale électrique existante, à l'intérieur du Rhin. La zone de construction est traversée par la route fédérale B500 et un dispositif de remontée des poissons, qui doivent tous deux être maintenus en service pendant toute la durée des travaux.

Description de la construction

Après de vastes planifications préliminaires et études conceptuelles réalisées par EnBW Kraftwerke AG et le concepteur RMD-Consult GmbH, la fouille principale de 51 m sur 36 m et d'une profondeur d'excavation d'environ 34 m a été planifiée comme fouille ovale (fouille en forme d'arc de panier) avec un radier en béton immergé ancré. Un ancrage arrière des parois de la fouille n'est pas possible, notamment en raison des constructions voisines de la centrale électrique, des raidisseurs auraient massivement entravé la construction de la centrale.

Les parois de la fouille sont constituées de parois moulées (d = 1,50 m) réalisées par la méthode du grappin. Pour se rapprocher de la forme d'un arc, la paroi moulée a été fabriquée sous forme de polygone avec des segments d'environ 3,2 m de long. Les lamelles de la paroi moulée sont séparées les unes des autres par des éléments de coffrage en béton armé (épaisseur 35 cm). L'armature horizontale n'est pas continue au niveau des joints, ce qui a permis d'économiser des processus de travail lors de la fabrication de la paroi moulée, contrairement à une armature continue, et d'obtenir une nette accélération de la fabrication. Après la fabrication de la paroi moulée, une poutre de tête a été fabriquée, ainsi qu'un anneau de compression après une levée préalable. La poutre de tête est reliée de manière rigide aux lamelles de la paroi moulée. Entre l'anneau de compression et la paroi moulée, seule une transmission des forces de compression est possible.

Un radier en béton immergé de 3 m d'épaisseur, ancré par des micropieux espacés de 2 m et d'une longueur de 35 m pour résister à la poussée d'Archimède, constitue l'extrémité inférieure de la fouille.

Choix des matériaux de construction

• Murs à fente, poutre de tête et anneau de compression Béton armé : C30/37, BSt 500
• Sol en béton immergé : non armé C20/25
• Micropieux : Tirant en acier GEWI 63,5 mm Qualité d'acier S 555/700

Prestation d'ingénierie particulière

En raison de la forme de l'excavation principale et des conditions de bord de charge asymétriques ainsi que de l'interaction mutuelle des excavations, entre autres lors de l'excavation de l'excavation UW avec un HBG partiellement renforcé (réduction du lit de pose suite à l'excavation de l'excavation UW), un calcul analytique simplifié ou un calcul en utilisant des modèles structurels issus du génie constructif (par ex. avec des modèles de coques) n'était pas possible au cours de la planification de l'exécution. La condition de base de la modélisation était que, outre les éléments de construction, le sol environnant soit également saisi avec les types d'éléments et les lois de la matière dans un modèle continu tridimensionnel FEM correspondant à la mécanique des sols.

L'HBG, le sol de fondation en place, mais aussi les constructions voisines existantes ont été pris en compte. Il était notamment nécessaire de modéliser de manière réaliste la centrale électrique existante qui se trouve à proximité de la HBG en direction de l'ouest, ainsi que les murs de rive (murs poids) situés dans la zone de la HBG, dans leur position et leurs dimensions. De plus, les fouilles en amont et en aval devaient également être intégrées au modèle, car en raison des processus de construction, il fallait déjà commencer l'excavation dans les fouilles voisines, alors que dans la HBG, des états partiellement rigidifiés étaient présents en raison de l'installation de la centrale électrique. Dans cette mesure, il fallait saisir une interaction mutuelle entre les différentes excavations, liée à un changement permanent des conditions du lit de pose des parois de l'excavation de la HBG pendant l'exécution des travaux, ainsi que des états de déconstruction partielle pendant l'installation de la centrale. Le flux des forces de la HBG dans les parois moulées de la fouille UW et la dérivation dans le sol de fondation à cet endroit étaient également d'une importance capitale.

L'utilisation de modèles de calcul numériques complexes pour le dimensionnement d'éléments de construction nécessite un contrôle et une vérification du modèle de calcul. Cela a été fait par des considérations de plausibilité, notamment en ce qui concerne l'ampleur des pressions de terre calculées sur les parois de blindage. Un grand nombre d'études dites de sensibilité ont été réalisées pour vérifier le modèle de calcul. Il s'agissait de faire varier les différents paramètres d'entrée afin d'examiner leur influence ou la sensibilité de l'ensemble du modèle et d'analyser dans quelle mesure les efforts internes nécessaires à la vérification de la résistance des éléments de construction pouvaient être influencés, le cas échéant, par des variations du sol de fondation, des imperfections géométriques ou des positions de charge.

Comme il n'est pas possible de dimensionner le béton armé dans le cadre d'un système de programme MEF de mécanique des sols en indiquant les degrés d'armature nécessaires, le dimensionnement en béton armé des éléments de construction a été effectué par transformation des efforts internes obtenus à partir du modèle continu en tenant compte des conditions limites asymétriques. Pour vérifier le dimensionnement des éléments de construction, en particulier dans les zones de transition fortement sollicitées entre le HBG et les fouilles OW et UW, un modèle structurel tridimensionnel supplémentaire a été établi et calibré par rapport au calcul du modèle continu de mécanique des sols. Les calculs de comparaison et de calibrage dans le modèle structurel ont montré que les déductions d'un module de fondation linéaire sur la base des données du module de rigidité dans l'expertise du sol de fondation n'auraient pas été réalistes.

Ce n'est que grâce à une prestation d'ingénierie particulière, utilisant le modèle tridimensionnel continu de mécanique des sols, qu'il a été possible de dimensionner la fouille en forme d'arc de panier (ovale) en tenant compte des actions asymétriques et des conditions du lit de pose. Comme une fouille rectangulaire conventionnelle n'était pas réalisable en raison des conditions géométriques et surtout économiques, c'est seulement grâce à cela que l'extension de la centrale rhénane d'Iffezheim a été rendue possible.

Rapport explicatif de Kempfert + Partner Geotechnik pour la soumission au Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015