sur les mécanismes et scénarios de rupture · 2019. 6. 7. · evaluer l’impact du...

Evaluer l’impact du vieillissement des digues

sur les mécanismes et scénarios de rupture

Y. Boussafir, P. Reiffsteck (Ifsttar)

R. Tourment, G. Veylon (Irstea)

E. Durand, L. Saussaye (Cerema)

Yasmina Boussafir (Ifsttar)

Evaluer l’impact du vieillissement des digues sur les mécanismes et scénarios de rupture 20-21 mars 2019 Aix en Provence

Le vieillissement des ouvrages en terre

« Le terme « vieillissement » [d’un barrage en remblai] désigne toute

dégradation du remblai ou des ouvrages annexes en fonction du climat,

des conditions d’exploitation, d’événements particuliers ou d’un défaut

introduit dès le stade de la conception, de la construction ou de

l’exploitation et qui tend à diminuer l’aptitude de l’ouvrage à bien

remplir sa fonction ou sa sécurité. »

Lautrin, 1998.

2

(Tourment et al. 2013)


Le vieillissement des ouvrages en terre

3

Processus de

dégradation

Interactions avec l’eau

(circulation d’eau ou fluctuation du niveau d’eau

dans le cours d’eau

ou dans le sol)

Interactions avec l’atmosphère (météorologie)

Interactions avec le vivant

(végétaux, animaux, humains)

Cerema Dyer et al.

Cerema

Dreal CVdL

Cerema Cerema

1

3

2



4

1 Processus de dégradation spécifique « Evolution des propriétés des matériaux répondant à des sollicitations

thermiques ou hydriques » incluant les sous-processus suivants :

• Dégradation liée à la sécheresse

• Dégradation liée au gel

• Dégradation liée à la pluviométrie

(Tourment et al. 2013)



Processus de dégradation spécifique « Evolution des propriétés des matériaux répondant à des sollicitations

thermiques ou hydriques »

• Sécheresse : mécanisme de retrait-gonflement

responsable de la fissuration des sols, théorisé

dans FloodRisk, 2007

5

1

Dyer et al.

Dyer et al.



Processus de dégradation spécifique « Evolution des propriétés des matériaux répondant à des sollicitations

thermiques ou hydriques »

• Sécheresse : mécanisme de retrait-gonflement

responsable de la fissuration des sols, bien

présent en France

6

1

CD

R

0-3 m

Digue de la Ville aux Dames (37)

- histogramme des teneurs en eau limon B5 (2014)-

0

1

2

3

4

5

6

7

<3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > 17

plage des teneurs en eau naturelles (Wn en %)

nombre de valeurs mesurées

état "m"

wopn = 10,8%

état "h"état "s"

Digue de la Ville-aux-Dames (37)

50%

s - ts

50%

m - h- th

Dyer et al.

Dyer et al.

(Boussafir et al. 2018)


Une approche en laboratoire

Etudier l’effet d’un vieillissement par un

mécanisme de dégradation lié à la

sécheresse

• Matériau de la Digue de La Ville-aux-Dames (37)

prélevé par Fugro en 2014

• Vieillissement accéléré par mécanisme de séchage et

d’humidification (par adsorption et capillarité)

• Effets des cycles d’humidification-séchage sur la

conductivité hydraulique d’un sol compacté

7



Matériau de la Ville-aux-Dames (37) • Limon sableux (classé B5) prélevé à la tarière

mécanique par Fugro en 2014

8

B5

Passant 2 µm = 8 %

Passant 80 µm = 21 %

VBS = 0,68 g bleu / 100g sol

La Ville-aux-Dames

La Loire dOPN : ~ 1,95 t/m3

wOPN : ~11 %



Reproduire le mécanisme de dégradation

• Alternance humidification et séchage

• sur des éprouvettes 510 cm de sol compacté

statiquement : w = wOPN+1% et d = 95%dOPN

9

adsorption

H2O

H2O

H2O

H2O

(brume)

capillarité

H2O H2O H2O

(imm)

Séchage à l’air libre



Évaluer la dégradation de la perfor-

mance : • Mesure de la perméabilité au triaxial après 1,

3, 6, 9, 12 cycles

10

1,E-10

1,E-09

1,E-08

1,E-07

1,E-06

1,E-05

1,E-04

1,E-03

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

number of drying-wetting cycles

hy

dra

uli

c c

on

du

cti

vit

y

(m/s

)

Brume-12,2%

Imm-12,2%

1,E-10

1,E-09

1,E-08

1,E-07

1,E-06

1,E-05

1,E-04

1,E-03

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13


hyd

rau

lic c

on

du

ctiv

ity

(m

/s)

Brume-12,2%

Imm-12,2%

mehenni




mance : • Observation en tomographie Rayons X

11

1er cycle :

réduction de la

macroporosité

Création d’une

micro-porosité

État initial + 1 séchage et humidification




mance : • Observation en tomographie Rayons X

12

3ème cycle :

éclatement des

agrégats

Individualisation

des grains (silts)

Apparition de

drains


Conclusion

Un matériau compacté soumis à des

cycles hydriques • Subit une dégradation qui se traduit par une

modification de la performance acquise par

construction

Sur certaines parties d’ouvrages


Conclusion




construction

Pouvant être quantifiée

1,E-10

1,E-09

1,E-08

1,E-07

1,E-06

1,E-05

1,E-04

1,E-03

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13


hy

dra

uli

c c

on

du

cti

vit

y

(m/s

)

Brume-12,2%

Imm-12,2%


Conclusion




construction

Mais variable localement

Climat à impact

Fort

=

Dégradation rapide

Climat à impact

Faible

=

Dégradation lente


Perspectives

Une recherche à poursuivre sur l’étude du vieillissement des matériaux compactés • Réflexion sur les essais d’accélération du vieillissement

• Quantification des sollicitations à appliquer

• Travail spécifique sur le zonage du territoire en lien avec les sollicitations

• Modélisation des phénomènes

• Tester d’autres matériaux et d’autres fonctions

Anticiper les impacts du changement climatique et adapter les parties d’ouvrages qui le nécessiteront


Merci pour votre attention

Beaugency, été 2018



Reproduire le mécanisme de dégradation

• par cycles d’humidification et séchage

• sur des éprouvettes de sol compacté

statiquement : w = wOPN+1% - d = 95%dOPN

18

adsorption

H2O

H2O

H2O

H2O

(brume)

évolution de la saturation

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

h1 s1 h2 s2 h3 s3 h4 s4 h5 s5 h6 s6 h7 s7 h8 s8 h9 s9 h10 s10 h11 s11 h12 s12 h13

nombre de cycle

Sr

(%)

SB12 KB12

80% de saturation

10% de saturation


Courbe granulométrique du sable de La Ville Aux Dames

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Tamis (mm)

% d

es p

assan

ts c

um

ulé

s (

%)


Graphe Kenney-Lau du sable de la Ville Aux Dames

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

passant F(%)

dif

fére

nce H

(%)

H

Courbe de rétention d'eau du sable de la Ville aux Dames

0,01

0,1

1

10

100

1000

10000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

teneur en eau massique (%)

su

ccio

n (

kP

a)

s (kPa)

Drainage - séchage

Humidification

Courbe de rétention d'eau du sable de la Ville aux Dames

0,01

0,1

1

10

100

1000

10000

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

Saturation (%)

su

ccio

n (

kP

a)

s (kPa)

sur les mécanismes et scénarios de rupture · 2019. 6. 7. · evaluer l’impact du...

Documents