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Les résultats du projet ANR SSHEAR sur les affouillements Colloque le Pont, 28/09/2021
Franziska Schmidt, Christophe Chevalier, Mohamed Belmokhtar
SSHEAR SOILS, STRUCTURES & HYDRAULICS Expertise and Applied Research
Projet ANR SSHEAR (2014-2019)
• Mieux comprendre les mécanismes d'affouillement.
• Développer des outils de surveillance (des ouvrages).
• Manuel à l’utilisation des gestionnaires.
Sommaire
• Introduction, contexte
• Etude de faisabilité d’un capteur de profondeur d’affouillement
• Etude du comportement d’une pile de pont
• Conclusion, perspectives
INTRODUCTION, CONTEXTE
Risque hydraulique & affouillements
• Abaissement général ou local du fond d’un cours d’eau sous l’effet d’un écoulement hydraulique.
• Problème accentué par la présence d’obstacles dans l’écoulement.
Affouillement local autour d’une pile (B. Melville, 2008)
Pont Schoharie Creek, USA, 1987
Viaduc Broadmeadow, Irlande, 2009
Pont Wilson, Tours, 1978 Rivière Saint Etienne, la
Réunion, 2007
Risque hydraulique & affouillements
• Erosion d’éoliennes offshore,
• Erosion de digues,
• Erosion de pentes, berges…
Affouillement local autour d’une éolienne offshore
Risque hydraulique & affouillements
Un risque connu
• Identification des ouvrages à risque,
• Gestion des ouvrages à risque,
• ARPSA.
Des solutions d’instrumentation
Instruments géophysiques
• Radar,
• Sonar,
• Réflectométrie temporelle.
Principales causes d’effondrement des ponts aux Etats
Unis entre 1989 et 2000
(K. Wardhana & F.C. Hadipriono, 2003)
53% 12% 9%
8%
3% 3%
3% 2% 1% 6% Risque hydraulique
Collision
Surcharge
Détérioration
Incendie
Construction
Séisme
Neige
Fatigue
Autres
Risque hydraulique & affouillements
Un risque connu
• Identification des ouvrages à risque,
• Gestion des ouvrages à risque,
• ARPSA.
Des solutions d’instrumentation
Instruments géophysiques
Instruments avec repères
• Flotteurs,
• Anneaux métalliques coulissants,
• Smart rocks.
Principales causes d’effondrement des ponts aux Etats
Unis entre 1989 et 2000
(K. Wardhana & F.C. Hadipriono, 2003)
53% 12% 9%
8%
3% 3%
3% 2% 1% 6% Risque hydraulique
Collision
Surcharge
Détérioration
Incendie
Construction
Séisme
Neige
Fatigue
Autres
Risque hydraulique & affouillements
Un risque connu
• Identification des ouvrages à risque,
• Gestion des ouvrages à risque,
• ARPSA.
Des solutions d’instrumentation
Instruments géophysiques
Instruments avec repères
Techniques dynamiques
• Développement de capteurs dédiés,
• Comportement dynamique de la structure.
Principales causes d’effondrement des ponts aux Etats
Unis entre 1989 et 2000
(K. Wardhana & F.C. Hadipriono, 2003)
Ouvrage instrumenté en inclinométrie (Foti &
Sabia, 2011)
53% 12% 9%
8%
3% 3%
3% 2% 1% 6% Risque hydraulique
Collision
Surcharge
Détérioration
Incendie
Construction
Séisme
Neige
Fatigue
Autres
Affouillements et changement climatique
• Prédiction empirique,
• Augmentation de la vitesse de l’écoulement -> augmentation de la profondeur affouillée,
• Phénomène des crues éclair,
torrentielles.
ETUDE DE FAISABILITÉ D’UN CAPTEUR DE PROFONDEUR D’AFFOUILLEMENT
Développement d’un capteur d’affouillement
• Tige instrumentée: Diverses sections, divers matériaux,
• Sol: Sable et sable-argile.
• Eau.
Essais de répétabilité, maturation du sol, modèle numérique.
Sol
Tige
H
D
L
Y
Z
X X
Accéléromètre
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80
Prem
ière f
réq
uen
ce (
Hz)
Longueur libre H (cm)
Circular PVC L = 800 mm
Circular alum L = 800 mm
Circular alum L= 600 mm
Rectangular alum L = 800 mm
Rectangular alum L = 600 mm
Circulaire PVC L =800 mm
Circulaire alum L= 800 mm
Circulaire alum L =600 mm
Rectangulaire alum L=800 mm
Rectangulaire alum L=600 mm
Développement d’un capteur d’affouillement
• Expérimental:
• Tige instrumentée: Diverses sections, divers matériaux,
• Sol: Sable et sable-argile,
• Eau.
• Essais de répétabilité, maturation du sol, modèle numérique.
Sol
Tige
H
D
L
Y
Z
X X
Accéléromètre
Equivalence avec poutre encastrée:
Sol
Tige
Accéléromètre
H H
Poutre
encastrée
Tige dans le sol
Instrumentation en déformation
• Interrogation Rayleigh: résolution spatiale 5 mm, essai statique (OBR Luna),
• Déformation maximale au niveau du sol, augmentation des déformations au niveau des couches supérieures.
ETUDE DU COMPORTEMENT D’UNE PILE DE PONT
Ouvrage A71 sur la Loire
• Pont en béton précontraint • Longueur total de 400 m (5 travées: une de
50m, deux de 75m et deux de 100m)
Première instrumentation
• Test du capteur d’affouillement,
• Mesure des accélérations en tête de pile P4: instrumentation courte durée (> 4 heures),
• Accéléromètres autonomes, bas coûts + premier test avec accéléromètres haute précision.
Instrumentation en cours Capteurs Fréquence
Thermomètre 1/20 minutes
ADCP 1/30 minutes
Radar 1/5 minutes
Sonar 1/10 minutes
Caméra 2 photos par jours
Accéléromètre 1 acquisition de 5 minutes
toute les 20 minutes
Radeau instrumenté
Accéléromètres
Thermomètres
Instrumentation en cours (pre-processing)
0
5
10
15
20
25
Tim
e
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3/2
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7.4
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3/2
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6.7
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3/2
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6.8
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25/0
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3/2
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4.4
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01
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0:2
4.6
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7.8
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4/2
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5.5
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4/2
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3.6
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9.2
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4/2
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8:3
3:4
7.0
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16/0
4/2
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5.8
81
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5.4
90
18/0
4/2
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2:0
1:1
3.4
08
19/0
4/2
020 2
3:3
3:5
7.0
30
21/0
4/2
020 0
0:4
3:3
1.2
96
22/0
4/2
020 0
2:1
2:2
5.5
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Variation de la température
Tempéraure Voussoir (°C) Température haut de pile(°C)
Instrumentation en cours (pre-processing)
Décomposition fréquentielle grâce à la corrélation entre les signaux
13
Water Level Bathymetry
Instrumentation hydraulique en continu – site de l’Aurence
panneaux
solaires
limnimètre
boitier alim. et
transmission
caméra
radeau
équipé
suivi des hauteurs d’eau et d’affouillements
suivi des vitesses de surface
profils de vitesses
CONCLUSION, PERSPECTIVES
Autres travaux réalisés
• Analyse des mécanismes d’affouillement, modélisation numérique: Erosion proche d’un cylindre (FAST), WET (IFSTTAR), Modélisation numérique (LHSV),
• Manuel à destination des gestionnaires.
15
Différents EI, D (affouillement) & différents k (densités)
Perspectives
Modélisation, analyse et apprentissage statistique du comportement dynamique de structures pour le suivi des conditions aux limites (Thèse de M. Belmokhtar)
Merci pour votre attention! https://sshear.ifsttar.fr/