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Paris 2 Février 2006 Projet RGCU MICROBE 1

Une nouvelle méthode d’analyse pour ouvrage en enrochement

L’APPROCHE MICROMECANIQUE


Les antécédents

1965 : MARSAL R.J. Stochastic processes in the grain skeleton of soil

1973 : MARSAL R.J. Mechanical properties of rockfill1979 : CUNDALL Discrete Numerical Model for granular assemblies1989 : GRECO Géomatériaux logiciels de JEAN M. et MOREAU J-J1993 : ITASCA commercialise en France PFC2D1996 : MAHBOUBI Simulation numérique discrète du comportement

des agglomérats : application au comportement mécanique des enrochements (rapport de contrat EDF – ECL)

2001 : FROSSARD E. The energy approach in granular media mechanics

2002 : Projet RGCU MICROBE

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Une idée de base : modéliser le bloc

Formes de blocs Mode de rupture

Matériau réel

Matériau modélisé


Une problématique

Un parc de barrages anciens

Des déplacements quasi-linéaires avec le temps

y =

y

y

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000temps

dépl

acem

ent(m

m)

3


Un projet

Un maître d’ouvrage

Une université

Un Ingénieur-conseil

Un développeur de logiciels

MICROBEELECTRICITE DE FRANCE

ECOLE CENTRALE LYON

ITASCA

COYNE ET BELLIER


Une méthodologie

TRIAXIAL Angle de frottement

modules

BLOC lois de ruptureet de contact

OUVRAGE Déformabilité?

Sécurité?

Comment ? V.E.R.

Bloc Ouvrage

Loi de contact

l’angle De frottement

Loi deRupture

Justification par calage de :Quels sont les rapports entre :

Le bloc - le triaxial et l’ouvrage ?

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Des objectifs1

OUTIL POUR L’INGENIERIE

3 CONTRIBUTIONSCIENTIFIQUE

2 AMELIORATION DE LA SECURITE


Des résultats

Analyse du comportement :En constructionÀ la mise en eauAprès séismeAprès 30 ans d’ exploitation

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un barrage des années 50

enrochementen vrac

perré de pierresrangéesmasque

en béton20mHauteur 20 m

fruit H/V = 1/1 enrochement déverséperré rangé à la mainmasque en béton


Le modèle du grain

Essais d’écrasement

100

1000

10000

Rayon moyen (cm)

Cha

rge

de ru

ptur

e (k

g)

Gravier de Pinzandaran

Diorite d'El Infernillo

Basalte de San Francisco

Gneiss de Mica

Basalte de San Angel

1 2 5 11

10

100

1000

10000

0.01 0.1 1rayon (m)

Cha

rge

de ru

ptur

e (k

N)

Marsal

Agrégat n°1

Agrégat n°2

Calage sur les essais

Fr =ηdλ

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Le V.E.R. Volume Elémentaire Représentatif

25

0

75

4 8 12

0,25

0.5

0.75

50

η = 106

η = 2.105

η = 4.104

pour

cent

age

de ru

ptur

e

ε1 (%)q

/ p =

sin

(φ)La résistance à

L’essai triaxial dépend de la

Résistance des blocs


Le V.E.R. Volume Élémentaire Représentatif

0.1 1

30

40

50

σ2 (MPa)

φ(d

egré

s)

pas de rupture

100% de rupture

La décroissance de l’angle de

frottement par confinement est

principalement liée à la rupture

des grains

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Le modèle extrapolé à l’ouvrage

20

30

40

50

0.1 10.01

dmax = 55 cmdmax = 11 cm

σ2 (MPa)

φ(d

egré

s)

L’angle de frottement

du matériau réel est obtenu par intégration du

modèle calé sur le V.E.R.


Le modèle du grain après calage

Forme agrégat granulométrie :

Dmax = 22 cmCU = 2

Résistance : moyenne η=3.5 105

Coefficient de friction : moyen ψ=35°Densité : moyenne (e2D=0,30 )Angle de frottement à 100 kPa : faible

sans rupture φ = 40.5°avec ruptures φ = 38.7°

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Le modèle de l’ouvrage

blocs coupés par la base⇒ solidarisés avec elle

perré deblocs

rangés

briques duparement :

mise enplace avec

une gravité modifiée

brique deremplissage

premiers blocs du perrésolidaires de la base

paroissolidairesde labase

220 000 particules

22 000 blocs


1 m – 3 m35 cm – 1 m

10 cm – 35 cm3.5 cm – 10 cm

Construction : Instabilité sans perré

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Construction stable avec perré (sans rupture de blocs)

Coefficient de sécurité

1.3 < F < 2.0

Coefficient pseudo-statique critique0,09 < Kc < 0,16

Fψψ tantan =∗

Fφφ tantan =∗


Mise en eau (sans rupture de bloc)

Construction : tassement 20 cm

Mise en eau : déplacements horizontaux 10cm

remplissage 100%

remplissage 85%

remplissage 70%

10


Mise en eau sans rupture de bloc

25 – 32 cm18 – 25 cm11 – 18 cm6 – 11 cm3 – 6 cm1 – 3 cm0 – 1 cm

Mise en eau : déplacements horizontaux 10cm


Mise en eau avec rupture de blocs

25 – 32 cm18 – 25 cm11 – 18 cm6 – 11 cm3 – 6 cm1 – 3 cm0 – 1 cm

Point rouge : rupture de bloc

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Ruptures dues au remplissage

Blocs cassés en rouge


Vidange et deuxième remplissage

remplissage : déplacements horizontauxvidange : tassements du parement amont

0

10

20

30

40

-20

-10

0

dépl

acem

ents

hor

izon

taux

(cm

)

dépl

acem

ents

ver

ticau

x (c

m)

remplissage vidange remplissage remplissage vidange remplissage

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Séisme retenue vide

accélérogramme

vitesse appliquée à labase et aux butées

parallèlement à la base

enrochement

Intégration

–

interpolation


Séisme 0,1g retenue vide

25 – 32 cm18 – 25 cm11 – 18 cm6 – 11 cm3 – 6 cm1 – 3 cm0 – 1 cm

déplacements modérés (< 10 cm) localisés en crête

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Séisme à 0,3 g retenue vide

25 – 32 cm18 – 25 cm11 – 18 cm6 – 11 cm3 – 6 cm1 – 3 cm0 – 1 cm

déplacements entre 10 et 20 cm localisés à l’amont


Séisme à 0.5 g retenue vide

25 – 32 cm18 – 25 cm11 – 18 cm6 – 11 cm3 – 6 cm1 – 3 cm0 – 1 cm

déplacements >20 cm localisés en crête et en berme

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Séisme à 0,5 g retenue vide

CONSTATATIONS

nombreuses ruptures (12% ⇒ 19%)coïncident avec la phase forte du séismetassements amplifiés de 12 cm (0,1g) à 34 cm en crête Perré supérieur poinçonne la bermeGlissement contenu par le perré


Séisme à RN

Déplacements horizontaux vers l'avalblocage du parement amontdiminution des tassements

sans retenueretenue pleine

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Séisme avec retenue à RN

-6

-4

-2

010 20

temps (s)

sans retenueretenue pleinedé

plac

emen

t (cm

)

10 200

10

temps (s)sans retenueretenue pleinedé

plac

emen

t (cm

)

déplacements horizontauxdéplacements verticaux

Influence de la retenue :Diminution des tassements augmentation des déplacements vers l’aval


-0,1200

-0,1000

-0,0800

-0,0600

-0,0400

-0,0200

0,0000

pe04-beta1-0,4-eta3,5e5 9,6 21,25

Temps (années)

tass

emen

t (cm

)

point1point2point3point4

Exploitation : tassement pendant 30 ans

Au bout de 30 ans, le tassement annuel atteint 0,7 mm

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Exploitation : Déplacements Horizontaux

0,0000

0,0200

0,0400

0,0600

0,0800

0,1000

0,1200

0,1400

0,1600

cree

p_t

2,016

667

6,066

667

9,75

13,8

17,85

21,86

6667

25,91

6667

29,6

temps

depl

acem

ent h

oriz

onta

l (m

)

point1point2point3point4

L’ordre de grandeur du déplacement annuel est 1 mm


Exploitation : mouvement avec vieillissement des blocs

Loi de rupture du bloc en fonction du temps

( ) Te .1 12 βαβα −−=)0(

)(=

=TF

TFα

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Intégration de la loi de vieillissement du bloc sur 40 ans



Augmentation du fluage avec le taux de rupture de blocs :DZ/DT = 0.7 mm/an et DX/DT = 1.3 mm/an

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Un premier bilan

Un logiciel est disponible : PFC2DUne thèse décrit l’approche : 2004 Rémi

DELUZARCHE École Centrale LyonUne seconde thèse est en cours : 2006 Thi

Huong TRAN École Centrale LyonDes procédures sont utilisables : ITASCALa justification de la méthodologie par

comparaison sur un ouvrage n’est pas terminée : EDF

L’outil est à votre disposition

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