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Paris 2 Février 2006 Projet RGCU MICROBE 1
Une nouvelle méthode d’analyse pour ouvrage en enrochement
L’APPROCHE MICROMECANIQUE
Paris 2 Février 2006 Projet RGCU MICROBE 2
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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Paris 2 Février 2006 Projet RGCU MICROBE 3
Une idée de base : modéliser le bloc
Formes de blocs Mode de rupture
Matériau réel
Matériau modélisé
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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)
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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
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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
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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
Paris 2 Février 2006 Projet RGCU MICROBE 10
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
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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.
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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
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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 =∗
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Mise en eau (sans rupture de bloc)
Construction : tassement 20 cm
Mise en eau : déplacements horizontaux 10cm
remplissage 100%
remplissage 85%
remplissage 70%
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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
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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
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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
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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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Paris 2 Février 2006 Projet RGCU MICROBE 25
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
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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
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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
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-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
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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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Exploitation : mouvement avec vieillissement des blocs
Intégration de la loi de vieillissement du bloc sur 40 ans
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Exploitation : mouvement avec vieillissement des blocs
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