1 les modes de rupture 2 les modèles 3G : Géométrique ... · barrage de vieux pre h= 75 m (...

LA METHODOLOGIE DU CALCUL :

1 les modes de rupture2 les modèles 3G : Géométrique Géologique Géotechnique3 le modèle Hydraulique4 le scénario de chargement5 la méthode de calcul6 les critères de stabilité7 la surveillance8 : Le modèle numérique : MODAP

3 GRANDS MODES DE RUPTURE + 1

SUBMERSION EROSION INTERNE INSTABILITE ACTION HUMAINE

Si l ’ instabilité fait toujours l'objet d'uncalcul de dimensionnement, l ’érosioninterne est beaucoup plus difficile àévaluer numériquement

MODES DE RUPTURE :CONSTRUCTION

ATTENTION ARGILE!

Attention aux montées de pression interstitielle : à mesurerAttention aux fondations molles : glissement et fissuresAttention au Poinçonnement = Glissement + Traction

=> Changer de Méthodes de calcul => Adopter un calcul de déformations

NOMBREUSES RUPTURES EN FRANCE

Digue de Cercey (H = 14 m) construite entre 1834-1836,

glissement amont en vidange 150 ans après la construction

MODES DE RUPTURE EN VIDANGE

MODE DE RUPTURE SISMIQUE :LIQUEFACTION : SAN FERNANDO

GLISSEMENT AMONT H : 8 m L : 42 m DESTRUCTION DE LA TOUR DE PRISE OUVERTURE DE 2 CM DES JOINTS DE LA CONDUITE

SAN FERNANDO (1971) M : 6.6 USA (1912-1930) H : 42 m

RUPTURE SISMIQUE : LIQUEFACTION DESTERILES MINIERS APRES REPLIQUE :

MOCHIKOSHI

RUPTURE IMMEDIATE DE LA DIGUE 1 (80 000 M3)

RUPTURE APRES REPLIQUE DE LA DIGUE 2 (3 000 M3)

SEISME IZU- OHSHIMA (1978) M : 7.0 JAPON (1964) H : 28 m

MODE DE RUPTURE SISMIQUE : RUPTUREDES ORGANES DE CONTRÔLE : OTANI - IKE

CONDUITE ENDOMMAGEE

TOUR DE PRISE DETRUITE

NANKAI (1944) M : 7.9 JAPON (1920) H : 30 m

LIQUEFACTION SOUS DIGUE AVRANCEA

LIQUEFACTION

FISSURES

EROSION INTERNE

SEISME (1977) M : 7.2 ROUMANIE

MODE DE RUPTURE SISMIQUE :CFRD FUITES FORTES A COGOTI

TASSEMENT DE 40 CM (TOTAL : 120 CM)

FISSURES DU MASQUE ET AUGMENTATION

CONSEQUENTE DU DEBIT DE FUITE : PLUSIEURS M3/S

ILLAPEL (1943) M : 7.9 CHILI (1938) H : 85 m

CREES PAR MOUVEMENT DE FAILLE AHEBGEN

SEISME (1959) M : 7.6 USA (1915) H : 34.5m

FAILLE A 120 M ∆ H : 5 M SEICHES 4 x 1 M / 1MN TASSEMENT 1.8 M (AMONT) 1.2 (AVAL)

MODE DE DEFORMATION SISMIQUECOURANT : ONO

FISSURES LONGITUDINALES L : 60 m H : 10 m E : 0.2 m

PETITS GLISSEMENTS AMONT

KANTO (1923) M : 8.3 JAPON (1914) H : 37 m

2 . MODELE GEOMETRIQUE

OBJET définir

l'état initial ( l'histoire)les contours ( les efforts )les volumes ( les coûts )la surface de glissement ( la résistance)

Modèle Géométrique : moyens

topographie :nivellement, planimétrie, photogrammétrie

géophysique : 2 méthodes : sismique et électrique

sondages :2 types sondages : carottages et D.E.P.

auscultation : Inclinomètres, fil invar, GPS

Géométrie de rupture pertinente

argile homogène cercle

sable, grave spirale logarithmique

joints plan

2 . MODELE GEOLOGIQUE

OBJET

décrire LES FORMATIONS trouver LES "PIEGES" connaître L'HISTOIRE caler LES RESISTANCES

MODELEGEOLOGIQUE

La géologiestructurale :

les failles,les jointset leur direction

Geologie : la Méthode

Analyselithologique :

Analysestructurale :

Analysehistorique :

formations superf. (alluvions,.)rocher altérésubstratum

causes tectoniquesplisdiscontinuités : faille, joint, schist.

séismescontraintes en placegéomorphologie

2 . MODELE GEOTECHNIQUE

OBJET

mesurer LES RESISTANCES choisir LE CRITERE DE RUPTURE choisir LA LOI DE COMPORTEMENT fixer LES PARAMETRES du calcul

Modèle Géotechnique : la Méthode

1 . ESSAIS DE LABORATOIRE2 . ESSAIS IN SITU : pressio., pénétro.3 . CORRELATION : Wl, IP, Dr4 . BASE DE DONNEES REGIONALES5 . CALCUL EN RETOUR

Le critère de ruptureSols : COULOMB

Roches :HOEK & BROWN

Joints et enrochements : BARTON

τ σ φ= +C tg' ' . '

12.3'.2

31≤→+=−

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

scscm σσσσσ

τ σσ

φ= +⎛

⎝

⎜⎜⎜⎜⎜⎜

⎞

⎠

⎟⎟⎟⎟⎟⎟

' . .logtg Jrc Jcsb

Influences sur le critère de rupture

Sols Roches Enrocht.

Compactage φ= φ OC si σ < σcomp

φ= φ NC si σ > σcomp

φ= φ(σ3)

ε1 grandesdéformations

φ= φ r φ= φ r φ= φ r

Contrainte σ2 φ> φ triax.

Calcul en Contraintes Totales à limiter A utiliser seulement si :

W=constante + Sr =100%D ’autre part Cu dépend de :

rapport de surconsolidation : OCRanisotropievitesse de chargementgrandes déformations

MODELE GEOTECHNIQUE

3 . MODELE HYDRAULIQUE

OBJET

Connaître LES SOURCES Prévoir les EVOLUTIONS de nappes Déduire les PRESSIONS D'EAU Calculer les DEBITS

MODELE HYDRAULIQUE : LA METHODE

Reconnaissance:

Auscultation :

Calcul en retour:

essais d'eaugéophysique : électriquethermique

inspection visuellepiézomètresfuites : mesures de débit

analyse statistiqueanalyse simplifiéecalculs d'écoulement 2D

MODELE HYDRAULIQUE : SITUATIONS

ConstructionExploitation normaleExploitation mini : vidangeExploitation max : cruesSéisme

MODELE HYDRAULIQUE : SITUATIONS

SituationsExploitation normale

Hypothèse simplifiée conservative Calcul d'écoulement 2D

Séisme Si risque liquéfaction : FEM sinon du=0

Modèle Hydraulique : la construction

Pressions fixées parmatériau avec leparamètre ru :

h

vvdduB

hwuur

σ

γ

=

=.

M

MODELE HYDRAULIQUE :CONSTRUCTION

Méthode de Hilf pour mesurer la montéede pression pendant la construction

MODELE HYDRAULIQUE :CONSTRUCTION

Modélisation de la montée de la pression enavec prise en compte de la non saturation

MODELE HYDRAULIQUE :MISE EN EAU ET VIDANGE

1 ECOULEMENT SANS (DE)CHARGEMENTMECANIQUE :

CALCULS EN HYRAULIQUE PURE

2 (DE)CHARGEMENT SANS ECOULEMENT HYPOTHESE DE BISHOP

3 CALCUL COUPLE : A RECOMMANDER

4 Modèle Hydraulique : lamise en eau ou la vidange

vidange = écoulement + déchargement

M

Hydraulique : chargement mécaniqueà la mise en eau ou à la vidange

Hypothèse de Bishop :α =1

mais !Si Sr < 1 alors α < 1

hw

α

α

=

= =

dudhwB.

1

M

MODELE HYDRAULIQUE : mise en eau

Montée de pression interstitielle pendant lamise en eau

Vidange dubarrage deMirgenbachalpha=0.17

MODELE HYDRAULIQUE : mise en eau

Coefficient de Skempton B fonction dudegré de saturation à mirgenbach

Conditions aux limites

Nappe affleurante

Q=0

Conditions de suintement

pression hydrostatique

pression hydrostatique( ou avec suintement pendant vidange)

ECOULEMENT EN HYDRAULIQUEPURE

( )t

Cdagrpkdiv∂∂ϕϕ =− )()( r

l'écoulement est fonction de l'équation de Richard :

¤ Exemple de pressions en fin de vidange obtenues avec NS2D

pression en fin de vidange

HYDRAULIQUE :ECOULEMENT+DECHARGEMENT

ky=1E-6 m/s Cw=0 Sr=0.8 ky=1E-6 m/s Cw= 4.5E-7Pa-1 Sr=0.8

ky=1E-9 m/s; Cw=0; Sr=0.8 ky=1E-9 m/s Cw= 4.5E-7Pa-1 Sr=0.8

Eau incompressible : faibles pressions

Eau + air : très compressible : fortes pressions

Vidange : Comparaison entre méthodes classiques(CHAU GNOC AN)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

1.00E-09 1.00E-08 1.00E-07 1.00E-06

Coe

ffic

ient

de

sécu

rité

NS2DBishop

k (m/s)

ATPLAS AMPLAS APPLAS SPARG

STABILITE A LA FIN DE LA VIDANGEMohr-

Coulomb

E=20MPa, φ = 32°, Cw=5E-10Pa-1, ky=10kz=1E-6m/s, ksuint.=1E-5 s-1

Coefficient de sécurité avec couplage (Gefdyn - Chau Gnoc An)

Hujeux

NS2D-TALREN

BISHOP

Coefficient de sécurité méthodes classiques : écoulement et Bishop

STABILITE DU BARRAGE A LA FIN DE LA VIDANGEMohr-

Coulomb

E=20MPa, φ = 32°, Cw=5E-10Pa-1, ky=10kz=1E-6m/s, ksuint.=1E-5 s-1

Hujeux

Déformation déviatoire

NS2D-TALREN

BISHOP

Coefficient de sécurité

Comparaison entre méthodes classiques et couplée

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

1.00E-09 1.00E-08 1.00E-07 1.00E-06

NS2D-Talren

Bishop

FS

Fyz

k (m/s)

ATPLAS AMPLAS APPLAS SPARG

4 . SCENARIO DE CHARGEMENTS

OBJET

DIMENSIONNER L'OUVRAGE DANS

TOUTES LES SITUATIONS

Scénario de chargement

Méthode : trouver l ’ensemble des CONDITIONS :

NORMALESEXTREMES

SOLLICITATIONSRETENUESEISME TRAFIC

Chargements : la Méthode

Scénario desSollicitations

RetenueSéismeTrafics

ConditionsNormale ou Extrême

Situation1 Situation2 Situationi Situation k

Situationn

Chargements : les situations

SituationsSollicitations

Retenue

Séisme

ConditionsNormale Extrême

R. N. P.H.E. (OWL) (HWL)

S.M.D. S.B.E. (MDE) (OBE)

5 . LA METHODE DE CALCUL

Objet

Définirla méthode adaptéeau mode de rupture

Calcul : le phasage des études

Préfaisabilité : méthodes simplifiées abaques, bases de données

Faisabilité : études paramétriquesAPD : dimensionnementExécution : MEF si gd. ouvrageExploitation : comparaison avec

auscultation si problème

Méthodes de Calcul : les approches

COULEES DES RIVES:

études spécifiques raresEBOULEMENTS DES RIVES:

logiciel d'analyse de chutes de blocsGLISSEMENTS :

calcul à la rupturecalcul en déplacements : MEF, DF

Calculs : le domaine d'application

1 - Méthode des tranchesBishop, Perturbations conseilléesFellenius trop conservatifSéisme : SEED-MAKDISI, TARDIEU

2 - Calcul en déplacement conseillé si :fondation mollerisque de claquage hydraulique risque sismique avec génération depression interstitielle

Le calcul à la rupture : La méthode des tranches avec2 hypothèses de pression u : 1 - NS2D et 2 - BISHOP

N=N'+U N= N'+UT

W

T w

x

yQ

ψ O

f

A B

C D

M

a

[ ]

[ ]F

cb tg Q W Z ub am

Wx Qy Q W Z btgF

utg c fm

n

n

=+ + + −

+ − + + + −⎡⎣⎢

⎤⎦⎥

∑∑∑

ϕ ψα

ψα

ϕα

( cos )

( cos ( )

∆

∆

* choix d'un cercle de rupture potentiel

* Découpage en tranche verticales

* Calcul du poids et des forcesextérieures

* Calcul des moments moteur etrésistant

* Détermination du coefficient desécurité

6 . CRITERES DE STABILITE

Objet

Définir les résultats acceptablesChoisir les critères de ruptureChoisir les coefficients de sécurité

Critères de rupture : choix

Calcul à la rupture : coefficient de sécurité empirique avenir : coefficients partiels

d'incertitudeCalcul en déplacement

seuil en déplacement : perte defonction (filtration, revanche) coefficient de sécurité localdéformation déviatoire : ex.< 5%

Coefficients de sécurité en Construction

Condition Retenue Séisme F

normale RN - 1.30extrême RN SBE 1.00

extrême crue* - 1.20

* : 10 ans < Tcrue < 100 ans suivant le risque

Coefficients de sécurité en ExploitationExemple de scénario de coefficients de sécurité

Condition Retenue Séisme Fnormale RN - 1.50

normale vidange - 1.20extrême RN SMD 1.00extrême PHE+Trafic - 1.40extrême vidange SEB 1.00extrême crue SEB 1.10

7 . MODELE DE SURVEILLANCE

• L ’objet est de définir :

ce qui est important à suivreavec quel appareil le suivrecomment interpréter les résultatscomment réagir en cas de problème

DEFINITION DE LA SURVEILLANCE

SUIVIRecueilexamen

MISE EN OBSERVATIONDéfinition

et implantation matériel

AUSCULTATIONMéthodesMoyens

DETECTIONInterprétation

CONSIGNES

ALERTESTechniques

Administratives

EXPLOITATION

SURVEILLANCE

Le Cahier des charges de la surveillance

Répondre aux questions suivantes :Quels objectifs ?Quelles donnéesQuelle fiabilité?Quels utilisateurs?Quel modèle d'interprétation?Quels circuits d'information?Quels délais d'intervention?Quelles actions correctives?

Modèle de surveillance

1 Objectif2 Auscultation3 Interprétation4 Exploitation5 Gestion des alertes6 Procédures de liaison

avec les autorités

dispositiffonctionnementméthodes Géomécanique cinématique seuil d'alerte seuil de rupture

OBJET :

RECONSTITUTION DE L ’HISTORIQUE ETPREDICTION DU COMPORTEMENT PAR UN MODELE

NUMERIQUE

RECOMMANDE POUR LES OUVRAGES DIFFICILES

CAPITALISATION DE L ’EXPERIENCE

GESTION AMELIOREE

A DEVELOPPER

8 . LE MODELE D ‘ ACCOMPAGNEMENTDU PROJET : MODAP

BARRAGE DE VIEUX PRE

H= 75 m ( 1987) : BARRAGE ZONE MODELISATION DURISQUE DE CLAQUAGE HYDRAULIQUE

BARRAGE DE MONDELY

H= 24 m ( 1981) BARRAGE HOMOGENEMODELISATION DE LA RUPTURE EN VIDANGE

BARRAGE D’EL INFERNILLO

H= 145 m MODELISATION DU COMPORTEMENTSISMIQUE

EXEMPLES DE CALCUL

Maillage et pression mesurées (fin de construction)

Cas 1 : Le barrage de Vieux Pré

Pression interstitielle en fin de construction

de 0 à 0.2 MPa par pas de 0.02MPa (max 0.64MPa)


Contrainte verticale effective à la construction

de 0 à 1 MPa par pas de 0.1MPa


Contrainte verticale effective à la mise en eau

de 0 à 1 MPa par pas de 0.1MPa


Contrainte principale mineure effective à la construction

S ’3 de -0.5 (traction rouge) à 1.5 MPa par pas de 0.2MPa


Contrainte principale mineure effective à la mise en eau

S3 ’ de -0.5 (traction rouge) à 1.5 MPa par pas de 0.2 MPa


Déformation verticale à la construction

de -1% (élongation rouge) à 4% de compression pas de 0.5%


Déformation verticale à la mise en eau

de -1%(rouge) à 4% de compression par pas de 0.5%


Déformation horizontale à la construction

de -1%(rouge et jaune) à 2.5% de compression par pas de 0.35%


Déformation horizontale à la mise en eau



Déformation volumique à la construction



Déformation volumique à la mise en eau



H= 21m ( 1980); glissement lors de la première vidangerapide en 1981

cellules de pressions interstitielles

Cas 2 : la vidange du barrage de Mondely

MODELISATION AVEC CAMCLAY

CALCUL DU COEFFICIENT RU EN FIN DE CONSTRUCTION


COEFFICIENT RuEN FIN DE CONSTRUCTION


CONTRAINTES HORIZONTALES EFFECTIVESEN FIN DE CONSTRUCTION


DEFORMATION DEVIATOIREEN FIN DE CONSTRUCTION


ZONES EN FLUAGE TERTIAIRE AVEC q >M.pEN FIN DE MISE EN EAU

MODELISATION M-C AVECRADOUCISSEMENT

COEFFICIENT DE SECURITE LOCAUX :(S1-S3)max/(S1-S 3)

EN FIN DE CONSTRUCTION


DEFORMATIONS DEVIATOIRESEN FIN DE CONSTRUCTION


DEPLACEMENTSEN FIN DE CONSTRUCTION


ZONES ENRUPTURE

PARCISAILLEMENT

ET ZONE ENTRACTION


EN FIN VIDANGE


LOCALISATIONDES

DEFORMATIONSDEVIATOIRES


EN FIN VIDANGE



EN FIN VIDANGE


ZONESDEFORMEESEN FIN DE CONSTRUCTION

EN FIN VIDANGE

CAMCLAYNECESSITE DEMODELISER LES

PRESSIONSINTERSTITIELLES

GENEREES PARAPPLICATION DU

DEVIATEUR FIN DE CONSTRUCTION

0

20

40

60

80

100

120

140

11 11.2 11.4 11.6 11.8 12

U (kPa)

Moins

Cam-Clay

SS

60,12

0

20

40

60

80

100

120

140

11 11.2 11.4 11.6 11.8 12

U (kPa)

Moins

SS

Cam-Clay

66,12

0

20

40

60

80

100

120

140

11 11.2 11.4 11.6 11.8 12

U (kPa)

Moins

SS

Cam-Clay 70,10

0

20

40

60

80

100

120

140

11 11.2 11.4 11.6 11.8 12

U (kPa)

Moins

SS

Cam-Clay

76,12

0

20

40

60

80

100

120

140

11 11.2 11.4 11.6 11.8 12

U (kPa)

Moins

M-C

Cam-Clay

83,12

0

20

40

60

80

100

120

140

11 11.2 11.4 11.6 11.8 12

U (kPa)

Moins

M-C

Cam-Clay

90,12

Pressions interstitielles

CAMCLAY

EXEMPLE 3 : EL INFIERNILLO

FIG. 22

INFIERNILLO

Modélisationde l ’histoirecomplète dubarrage par

Coyne etBellier

FIG.23Modélisation

del ’évolution

de lapression

interstitiellepar

Coyne etBellier

FIG.24EL

INFIERNILLOComparaison

avecl ’auscultationrésultats de

Coyne etBellier

FIG.25

INFIERNILLO

Résultats ducalcul

dynamique(2 séismes)

comparaisonavec la

méthodepseudo-statique(Coyne )

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