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9 et 10 octobre 2012 – Colloque Le Pont C. PICAULT – C.N.R. ABRASION DES OUVRAGES HYDRAULIQUES Compagnie Nationale du Rhône Centre d’Analyse Comportementale des Ouvrages Hydrauliques (CACOH) 9 et 10 octobre 2012 – Colloque Le Pont C. PICAULT – C.N.R.

ABRASION DES OUVRAGES HYDRAULIQUES … · -Optimisation des formulations de bétons et mortiers hydrauliques anti-usure sur les ouvrages neufs-Qualification anti-usure des matériaux

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9 et 10 octobre 2012 – Colloque Le Pont

C. PICAULT – C.N.R.

ABRASION DES OUVRAGES HYDRAULIQUES

Compagnie Nationale du Rhône

Centre d’Analyse Comportementale des Ouvrages Hydrauliques (CACOH)

9 et 10 octobre 2012 – Colloque Le Pont C. PICAULT – C.N.R.

9 et 10 octobre 2012 – Colloque Le Pont

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PLAN DE LA PRESENTATION

- Les ouvrages CNR affectés par l’abrasion

- Les dégradations observées

- L’essai de résistance à l’abrasion développé par CNR

- Un exemple de réparation : le barrage de Caderousse

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L’abrasion hydraulique et les ouvrages CNR

Abrasion hydraulique : usure mécanique d’une surface par frottement sous l’action d’une eau chargée de particules.Le Rhône, générateur d’abrasion :- forts débits (8000 m3 /s)- transport solide élevé (50 à 100 000 m3/an),

Les ouvrages CNR exposés :

-19 barrages de petite chute (12 m), dotés de 5 à 6 passes de 20 m.

- pathologies concentrées sur les radiers avals des vannes

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L’abrasion hydraulique et les ouvrages CNR

Vue d’une passe depuis l’aval : - La vanne- l ’auge- la dent blindée

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Les pathologies

Relevé des pathologies :- Par plongeur lors des inspections d’ouvrages- Lors des visites à l’occasion des mises à sec

Abrasion généralisée pluricentimétrique :- ruine de la chape anti-usure- ferraillage affleurant

Abrasion localisée pluridécimétrique :- mise à nu des bétons secondaire et de masse- descellement des blindages métalliques

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Les pathologies

Un phénomène difficile à quantifier : - Abrasion par les éléments fins- Martèlement par les éléments grossiers- Transport sédimentaire plus ou moins chargé- Géométrie variable des écoulementsLa seule parade : qualification les solutions de protection mis en œuvre sur les ouvrages vis-à-vis d’un critère de résistance à l’abrasion hydraulique.

Erosion tourbillonnaire intense d’une rainure à batardeau.

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Un essai pour qualifier la résistance à l’abrasion des matériaux

Principe de l’essai :- éprouvette cubique de 10 cm immergée, soumise à un jet

d’eau chargée de sable attaquant la surface à 45°- 2 protocoles d’essais de 75 et 15 minutes selon la

résistance du matériau- volume de l’empreinte laissée par l’abrasion comparé au

volume de l’empreinte sur une éprouvette de verre étalon

=> Qualification de la résistance à l’usure par abrasion du matériau sous la forme d’un indice d’abrasion :

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Matériau Indice d’abrasion

Verre témoin 1

Granite 0.35 à 0.8

BFUP 0.7 à 1.2

Bétons et mortiers anti-usure (Corindon, Alag)

0.5

Bétons et mortiers très résistants < 1

Bétons et mortiers résistants < 2

Bétons et mortiers moyens Entre 2 et 3

Bétons et mortiers peu résistants Entre 3 et 4

Bétons et mortiers médiocres > 4

Acier et fonte < 0.05

PU élastomère 0.04 à 0.1

Polyéthylène Haute Densité 0.10 à 0.15

PVC souple 0.15 à 0.2

Polyester Renforcé de fibres de Verre

0.35 à 1

Un essai pour qualifier la résistance à l’abrasion des matériaux

Un essai permettant de comparer l’efficacité des différentes solutions de protection anti-usure :

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- Optimisation des formulations de bétons et mortiers hydrauliques anti-usure sur les ouvrages neufs

- Qualification anti-usure des matériaux de réparation en assainissement

(article TSM 01/2002)

Le retour d’expérience

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Visite subaquatique décennale en 2008 : dégradation du béton du radier dans les angles et devant la dent de dissipation d’énergie. Abrasion de 2 à 30 cm.

Un exemple de réparation : la passe 4 du barrage de Donzère

A l’origine : béton structurel protégé par 20 cm de béton de gravier 0/15 mm dosé à 500 kg/m3 et une chape de 4 cm en ciment corindon.

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Un exemple de réparation : la passe 4 du barrage de Donzère

Choix du matériau de réparation : -Bonne résistance à l’abrasion-Bonne résistance aux chocs=> Choix d’un BFUP

Essai d’abrasion : indice de 1

Essai de compression :165 MPa

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Mise à sec de la passe 4 du barrage de CADEROUSSE entre juillet et septembre 2009 pour la réalisation des travaux

Un exemple de réparation : la passe 4 du barrage de Donzère

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Coté Rive Droite du radierCoté Rive

Gauche du radier

Détail de l’état de

surface + connecteur scellé à la

résine

Un exemple de réparation : la passe 4 du barrage de Donzère

Préparation du support (80 m2) :

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Pompage et acheminement du béton :

Toupie + pompe situés près de la culée RG : - pression maximale 218 bar - mise en œuvre de 11 m3 de BFUP

Pompage sur 140 m avec dénivelé

positif puis négatif (de plus de 10 m)

– diamètre de tuyau 15 cm

Un exemple de réparation : la passe 4 du barrage de Donzère

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Mise en œuvre à la pompe sans réglage ni vibration

Un exemple de réparation : la passe 4 du barrage de Donzère

Réalisation d’éprouvettes en sortie de toupie

Réalisation d’éprouvettes au niveau du radier

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Un exemple de réparation : la passe 4 du barrage de Donzère

=> Mise en place de la cure

=> Bâchage des réparations afin d’éviter toute arrivée d’eau intempestive

=> Après 18 heures de séchage, la surface est recouverte d’une fine pellicule d’eau (fermeture des éventuelles micro-fissures liées au retrait endogène = cicatrisation du BFUP)

=> Murissement d’une vingtaine de jours avant remise en eau de la passe

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C. PICAULT – C.N.R.01/12/2008 Youann Level et Sylvain Reynaud

MERCI DE VOTRE ATTENTION

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Un exemple de réparation : la passe 4 du barrage de Donzère

Lieu de prélèvement COMPOSITION Gâchée de 1365l pour 1 m3

premix gris G2 3000 2202dates des

essais

17/09/2009 à 7J

08/10/2009 à 28j

eau 177.3 130Rc (MPa)

123 167

adjuvant OPTIMA 175 39 29abrasion

(indice CNR)1.3 1.05

fibre metallique 205 150choc

(en cm3)29 23

Total 2511 kg2.54 Kg/dm3

ESSAI SUR BETON DURCI

masse volumique moyenne

barrage de CADEROUSSE

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Une autre dynamique d’abrasion : le martèlement

Lorsque le diamètre des sédiments devient important et que l’ouvrage est soumis à une chute d’eau, l’enlèvement de matière est généré par le choc plus que par le frottement. La CNR a développé un essai visant à reproduire en laboratoire les conditions de chocs rencontrées dans les ouvrages hydrauliques.

Principe de l’essai :-Choc généré par la chute d’une boule métallique sur l’éprouvette de matériau à tester. 1 essai = 2 700 chocs- mesure du volume de l’empreinte laissée par le chocs- dans le cas de matériaux souples : perte de cohésion ou d’adhérence sur support

Le volume est d’autant plus faible que la résistance à l’usure est élevée :

Matériau Volume empreinteBFUP < 50 cm3

Granit < 100 cm3

Bétons très résistants < 150 cm3

Bétons résistants 150 à 250 cm3

Bétons courant (B25) 250 à 400 cm3

Bétons médiocres > 400cm3

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Le retour d’expérience

La pratique des essais d’abrasion et choc depuis une trentaine d’années et le retour d’expérience de la CNR sur ses ouvrages ont débouché sur des applications variées :

- Etablissement d’une liste de solutions techniques anti-usure destinée au maître d’ouvrage CNR (approche coût/efficacité)

Essai de chocs : 23 cm3