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PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
Projet National ERINOH2007-2010
Erosion Interne des Ouvrages Hydrauliques
PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
ENJEUX ?
1 Améliorer la sécurité publique 1RUPTURE/AN EN FRANCE
2 Réduire le coût pour la société Baisse des dégâts des inondationséconomie de 10 millions Euro/an
PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
Recherche d’une méthodologie d’évaluation du risque (Fell & Fry 2007)
– 1 Situations– 2 Positions– 3 Initiation– 4 Filtration– 5 Progression– 6 Détection – 7 Intervention– 8 Prévention
PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
Le Problème en 8 questions
1 – Où et de quelle nature est l’érosion interne?2 – Quand et comment évolue l’érosion interne?3 – Peut-on simuler l’érosion interne locale?4 – Peut-on détecter à temps l’érosion interne? 5 – Comment améliorer les défenses?6 – Quelles conséquences en cas de rupture?7 – Peut-on valider les résultats sur sites?8 – Comment mettre à disposition les résultats?
PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
Le Programme en 8 thèmes
A – Bases de données et grille d’analyseB – Seuils et cinétiques d’érosion (ANR)C – Simulation Migration/colmatageD – Pérennité des parois et sols injectésE – Logiciel de modélisation du renardF – Méthodes de détection (ANR)G – Tests et expérimentation en vraie grandeurH – Valorisation
PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
A – Base de données et analyse pathologie
Agigawa Japan
Water Resources
Development Public Corp.
Welded tuffaceous rhyolite with granitic
porphry intrusions, highly fractured.
Rock
Ajuare Sweden - Glacial activity.River section of embankment on
bedrock. Abutments on glacial till.
Ataturk Turkey - Limestone Rock - karst limestone
Bath County Upper Dam
USA, Virginia -Sedimentary -
sandstones and siltstones
Rock
Beliche Portugal - SchistsCore and filters on MW schists, rockfill
on alluvial sands and gravels of medium density.
Bellfield Australia, VictoriaWimmera
Mallee Water
Sedimentary, mainly sandstones; granite
intrusions.
Variable. At maximum section core and upstream shoulder on sandstone,
downstream shoulder on alluvium.
Bjelke PetersonAustralia,
QueenslandQDNR (now Sun Water)
Complex geology, mix of sedimentary,
metamorphic and volcanic
Excavation to bedrock for core and rockfill shoulders.
BloweringAustralia, New South Wales
State Water DLWC
Slightly metamorphosed sedimentary -
interbedded phyllite, siltstone & quartzite
Excavation to bedrock for core and rockfill shoulders.
ChaffeyAustralia, New South Wales
State Water DLWC
Sedimentary - Jasper & Siltstone
Core and most of downstream shoulder on bedrock (MW to FR). Upstream
shoulder on dense alluvial gravels (~ 12 thick).
Cherry Valley USA, San FranciscoHetch Hetchy Water Supply
Granite, glacially scoured valley
Rock. Strip to weathered rock, cutoff to fresh granite.
Chicoasen Mexico -Limestone, some clay
shales
Core on bedrock. Shoulders in river section on up to 60 m depth of granular
alluvial deposits containing large boulders.
CopetonAustralia, New South Wales
State Water DLWC
porpyritic biotite granite Rock
Corin Australia, ACT ACTEWfolded quartzite, silicified sandstone & siltstone.
Rock
Name
GENERAL DETAILS
Geology FoundationOwner/
AuthorityLocation
1990's - 5,1,1 c-tn CL 102 460 4.5 2.6H to 1V 2H to 1VThin central clay core supported by compacted rockfill
shoulders. Single filter zones up and downstream of core and drainage layer on downstream foundation.
Karasawa et al (1994)Yamazumi et al (1991)
1966, Oct 2 5,2,2 c-tn SM 46 525 11.4 1.8H to 1V 1.7H to 1VVery narrow central core with near vertical downstream edge
supported by poorly compacted rockfill shoulders. Foundation filters used due to high fines content of rockfill.
Nilsson & Norstedt (1991)
1990, Aug 3.6 5,2,0 c-tm CH 184 1664 9.0 2.15H to 1V 2.2H to 1V
Central clay core aligned slightly to upstream supported by rockfill shoulders of weathered to fresh rock types. Deep
grout curtain (>180 m) in karst limestone. Cofferdam incorporated into the upstream toe of the embankment. The
dam axis is arched to upstream.
Cetin et al (2000)Cetin (2002)
Oziz et al (1990)Lask & Reinhardt (1986)
1984, Dec 3 5,2,0 c-tn SC (?) 134 670 5.0 2.4H to 1V 2.5H to 1V
Thin central core with rockfill sourced from weathered to fresh rock types. A zone of fresh rockfill is used immediately downstream of the filters and on the downstream foundation
for leakage control purposes.
Wong et al (1992)
1985, Mar 3 5,2,2 c-tn GC 55 527 9.6 2H to 1V 1.95H to 1VNarrow central core with weathered (Zone 3A) to fresh (Zone
3B) poorly compacted rockfill shoulders. Cofferdam upstream of the main dam.
Naylor et al (1997)Maranha Das Neves et al (1994)
Naylor et al (1986)Pagano et al (1998)
1966, Apr 2.25 5,2,0 c-tm CL/SC 40 823 20.6 1.6H to 1V 1.42H to 1V
Medium width central core with dry dumped rockfill shoulders. Embankment design changes associated with
changes in foundation conditions. Slopes a series of steep benches at 1.2 - 1.33H to 1V (angle of repose).
Currey et al (1968)SMEC (1998a)
1988, Sept 1.7 5,2,1 c-tn CL 41.5 650 15.7 1.7H to 1V 1.7H to 1VVery narrow central core (0.1H to 1V up and downstream)
with compacted rockfill shoulders.
QWRC (1986a, 1986b)Eadie (1988)QDNR (1997)
Hadgraft (1984)
1968, Apr 2 5,2,0 c-tm SC - CL 112 808 7.2 1.9H to 1V 1.9H to 1VCentral core (slopes of 0.5H to 1V up and 0.4H to 1V
downstream) supported by compacted rockfill shoulders.
SMHEA (1964)Svenson (1964)
Olsauskas et al (1966, 1967a, 1967b, 1968)
Hunter & Bacon (1970)Bacon (1969, 1999)
1979, Mar 1 5,2,0 c-tm CH/GC 54 530 9.8 1.75H to 1V 1.75H to 1V
Central clay core supported by compacted rockfill shoulders. Cofferdam at upstream toe. Large bench on upstream slope
at 24 m depth below crest level. Disposal area at downstream toe.
DWR NSW (1989)WRC NSW (1979)
Newland & Davidson (1979)
1955, Oct 2 5,2,0 c-tk SM/ML 100 793 7.9 1.85-2H to 1V 1.85-2H to 1VBroad central core (0.7-0.75H to 1V) with thin filters zones
and dumped and sluiced rockfill shoulders. Outer slopes in a series of benches sloped at 1.33H to 1V.
Lloyd et al (1958)Cooke & Strassburger (1988)
1980, May - 5,2,0 c-tn GC 261 463 1.8 2.35H to 1V 2H to 1VNarrow central core with wide filter zones supported by well compacted rockfill shoulders. Constructed in 125 m wide
gully with near vertical abutment slopes.
Alberro & Moreno (1982)Moreno & Alberro (1982)
1973, June 1.75 5,2,0 c-tm SC 113 1484 13.1 1.7H to 1V 1.8H to 1V
Central clayey sand core supported by reasonably to well compacted rockfill (outer zone poorly compacted).
Cofferdam incorporated into the upstream toe. Embankment slopes of 1.6H to 1V on the mid to upper slopes and 2H to
1V on lower slopes.
LWC NSW (1995a)PWD NSW (19XX)
1968, Jan 1 5,2,0 c-tm SM 74 282 3.8 1.8H to 1V 1.8H to 1VCentral core supported by compacted rockfill shoulders.
Filters / transition 10.6 m wide downstream and 9 m wide upstream of the core.
CDW (1970)ACTEW (1994)
Construction Timing
CONSTRUCTION / DESIGNEmbankment Classification
Dimensions
Comments on DesignYear
CompletedTime
(years)
Dam Zoning
Classn
Core Width / Slope
Core Type
Height, H (m)
Length, L (m)
Ratio L/H
Downstream Slope
(H to V)
Upstream Slope
(H to V)
References
CAUSES?PHENOMENES?
CONSEQUENCES?TEMINOLOGIE?
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A – Base de données et analyse pathologie
1 Création Base de Cas réels de Rupture (EDF)Analyse des causes et de l’enchaînementRéférences pour validation de modélisation
2 Création Base d’Incidents (CEMAGREF)Analyse des causes et de l’enchaînementRéférences pour évaluation du risque
3 Importation des cas (CNR, VNF, EDF, CEMA...4 Exploitation (CNR, VNF, EDF, CEMAGREF)
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B Seuils d’arrachement et cinétique d’érosion
Gradient critique icrit ?
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3 LIVRABLESDES DISPOSTIFS EXPERIMENTAUX
– CEMAGREF – GèM St. NAZAIRE– LTHE GRENOBLE– LMPG HAVRE– LCPC
DES LOIS D’EROSION
DES BASES DE DONNEES
B Seuils et cinétiques d’érosion
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Phénomènes étudiés4 conditions d’érosion– Érosion régressive – Érosion de conduit– Érosion de contact– Suffusion
Condition de dépôt– Colmatage
B Seuils et cinétiques d’érosion
laboratoires :– GèM – Cemagref, LCPC– LTHE– GèM
– LMPG
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B Seuils et cinétiques d’érosion
PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
i (m/m)0 i3 i2i1
Pas d’érosion mesurable
Suffusion sans colmatage
Suffusion avec colmatage
Érosion régressive
Exemple de résultats au GèM St-NazaireI1, i2, i3 = f ( paramètres : confinement, % de fines, nature des matériaux ….)
B Seuils et cinétiques d’érosion
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Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
Résultats au LTHE Y-H Faure, C C Ho
Alimentation par un réservoir à niveau constantavec mesure du débit
DébimètreTurbidimètre
Grille<d15
Sol 1
Sol 2
700 mm
écoulement
B Seuils et cinétiques d’érosionFlow velocity V - Soil Erosion Rate μ ( G1 )
0
20
40
60
80
100
120
140
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Velocity V (cm/s)
Ero
sio
n r
ate
(to
n/m
2 /an
)
P = 50 kPa
P = 10 kPa
Vc
Flow velocity V - Soil Erosion Rate μ ( G1 )
0
20
40
60
80
100
120
140
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Velocity V (cm/s)
Ero
sio
n r
ate
(to
n/m
2 /an
)
P = 50 kPa
P = 10 kPa
Vc
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B Seuils et cinétiques d’érosion
Longueur 1 m
Capteurs depression
Echantillonde sol
de longueurvariable
EntréeEau claire
SortieEau chargée
Vue de dessusFiltres amont etaval possibles
Turbidimètre
Débitmètre
Hole Erosion Test Slot Erosion TestRESULTATS DU CEMAGREFNadia Benahmed, Stéphane Bonelli
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Nadia Benahmed, Stéphane Bonelli R
ayo
n a
dim
en
sio
nn
éR
ayo
n d
u t
rou
Ray
on
du
tro
uR
ayo
n a
dim
en
sio
nn
é
Loi d’échelle S. BONELLI (CEMAGREF) à pression constante à débit constant
Temps adimensionnéTemps
B Seuils et cinétiques d’érosion
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Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
C – Simulation multi-échelle de migration et de colmatage
GeM: P.Y. Hicher, N. SaiyouriLTDS: B. Cambou, E. Vincens et N. ReboulLMPG : A. Benamar H. WangLTHE: Y.H. FaureCEMAGREF: S. BonelliEDF :J-J Fry
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Simulations numériques
C – Simulation multi-échelle de migration et
de colmatage
?
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C – Simulation multi-échelle de migration et de colmatage
GeM: Approche continue de l’érosionLTDS: Approche discrète de la filtrationLMPG : Modélisation du colmatageLTHE: Modélisation impact géotextileCEMAGREF: Loi d’érosion d’interfaceEDF : Modélisation d’un conduit avec filtre
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E – Modélisation du renard
LIVRABLE Maquette du logiciel d’évaluation de l’hydrogramme de rupture
PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
D – FAISABILITE ET PERENNITE DES SOLS TRAITES
Maitres d’Ouvrages Publics ou Privés- SNCF - VNF - BRL - EDF - FNTP
Laboratoires de recherche
- ECN / GéM (P.Y. Hicher)
- ENPC/CERMES (J. Canou)
Entreprises - SOLETANCHE-BACHY – SEFI-INTRAFOR
- ASF & MINOVA
PROJET ERINOH
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D – FAISABILITE ET PERENNITE DES SOLS TRAITES
1 Pérennité des sols traités
2 Injection sous écoulement fort
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Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
F – Méthodes de détection
2 - Ouvrages en charge: digues, excavations Mettre au point une méthode d’auscultation à grand rendement
Développer des techniques de surveillance en continu des ouvrages
Améliorer les méthodes de détection
Développer une méthode d’estimation du débit de fuite
3 - DiguesÉvaluer l’impact du réseau racinaire
1 - Digues de protection contre les crues (suite PN CRITERRE) Poursuivre l’évaluation des méthodes d’auscultation à grand rendement en périodes de crues et post-crues
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Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
• Expérimentation sur sites tests : Étude de sensibilité des méthodes de détection
- Évaluer les performances des méthodes sur remblai à 2 états hydriques,
- Mise au point d’un protocole expérimental pour le suivi en continu
- Étudier la sensibilité des méthodes de détection sur site à caractéristiques « connues »
• Développement de nouvelles méthodes et de nouveaux moyens de mesure :
- Capteur RMT, nouveau dispositif de mesure de PS par traîné aquatique
- Méthode quantitative d’évaluation des fuites (vitesse, débit)
• Modélisation : Étude de l’influence des grandeurs…
- internes (nature et état matériaux, hétérogénéité, géométrie, topographie..)
- externes (environnement)
- Effet des configurations expérimentales
F – Méthodes de détection 2007
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Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
F – Méthodes de détection
Géophysique et
détection danger végétal6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
X (m) côté aval de d igue (fo
ssé)
Y*10 (m ) côté am ont de d igue
p iézom ètre
profil N °1
profil N °2
profil N °3
profil N °4
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Inversion couplée
PS-resistivité électrique
Débit de fuite
A. REVIL & A. BOLEVE
Digue saine
Zone de fuite
Caractéristique électrocinétique des matériaux
++
Digue avec fuite
F – Méthodes de détection
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Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
Simulation d’écoulement en cuve 2D dans un matériaux sableux
Mesure du signal PS dans tout l’espace 2D associé à l’écoulement
Estimation par problème inverse de la vitesse d’écoulement à partir des données PS
Etape 1
Etape 2
Etape 3
F – Méthodes de détection
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G Tests et expérimentation en vraie grandeurValider modélisation et
méthodes de détection
Approche transversale pour valider les outils développés dans le PN
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1 Modélisation de mécanismes d’érosion
Érosion par surverse et écoulement interne
-Applications sur ouvrages réels « à problèmes »-Validation des modélisations basées des essais -Projet IJKDIJK
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Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
2 Validation de critères ou de loi d’érosion sur prototype
- Essais sur modèles « réduits » CNR- Digue H=2m x L=10m x l= 3m ?- Charge d’eau = 4m+- Système à concevoir pour être représentatif- Suivi de l’entraînement des fines jusqu’à la ruine
complète de l’ouvrage
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3 : diagnostic des digues
Détection d’hétérogénéités et de fuites - polarisation spontanée, fibres optiques, EM basse fréquence, panneaux électriques, etc.
Applications
1. Site sur le Rhin : Surveillance en continu (12/2006 ->)
2. Site sur la Loire équipé par le projet HYDRODETECT-SAFEDYKE (09/2007)
3. Fouille (parking, immeuble, etc…)
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Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
H – Recommandationset publications
2003 2007 2007
PROJET ERINOH
Comité Directeur Paris 29 novembre 2007
La synergie Un réseau international
TC33
ERINOH
CIGBEGT EI
USBR USACE
ARS
DELFT7°PCRD
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La valorisation en 5 rapports clés
2003 – Synthèse IREX sur l’érosion interne2007 – Internal erosion of Dams and their
foundation Fell & Fry Taylor&Francis2007 – « Methodology for Assessing the
Likelihood of Internal Erosion and Piping of Embankment Dams and their Foundations » European Club of ICOLD site internet TUM
2008 – Rapport ANR2010 – Rapport PN
Participation à la normalisation du dimensionnement des ouvrages hydrauliques