CONCEPTION ET CONSTRUCTIONdes ouvrages en sols fins

Journée organisée par :

Méthode de calcul pour l’ingénierie

Dino MAHMUTOVIC, EGISLuc BOUTONNIER, EGIS

Journée technique CFBR – CFMS –SPTF FNTP du 16 mai 2019

23 Avenue Condorcet, Villeurbanne

CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins

2

• Introduction

• Décomposition du sol en domaines de saturation

• Présentation du modèle théorique

• Etude de cas

• Conclusions et perspectives

Sommaire

Sommaire

CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins

Les remblaisLes déblais Les digues Les barrages

Les sols naturels Les sols compactés

Introduction : les sols non saturés

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 3

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1

Objectifs :• Division du sol en domaines de comportement• Utiliser une variable justifiant cette division

Domaines de saturation et sols naturels

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 4

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1

Domaines de saturation et sols naturels

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 5

CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins

1

Paramètres du modèle théorique

Domaines de saturation et sols naturels

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 6

CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins

1

Domaines de saturation et sols naturels

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 7

= 0

CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins

1

2

Domaines de saturation et sols naturels

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 8

CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins

1

Domaines de saturation et sols naturels

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 9

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Exemple d’application : le cas des déblais

Domaines de saturation et sols naturels

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 10

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Sr  85 à 90%

Sr  100%

Sr  95%

Teneur en eau de compactage

Den

sité sèche

Courbe Proctor Normale

Ligne de compactage optimale

Courbe Proctor Modifiée

Domaines de saturation et sols compactés

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 11

CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins

Exemple d’application : le cas des remblais

Domaines de saturation et sols compactés

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 12

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ϒ

Modèle en contrainte effective

1

Ecrouissages Volumique et Capillaire

Ecrouissage Volumique

′ ,

′

sur une base de Cam Clay

Bishop (1962) 

Khalili (1998), Dubreucq (2019)

Présentation du modèle théorique

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 13

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Utilisation d’un fluide équivalent

1

1

Présentation du modèle théorique

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 14

CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins

Domaine D3

+++

, , ,

Relation Sr(uw) dans le domaine de l’air occlus

+

2

Domaine D2

, , ,

, , ,

Présentation du modèle théorique

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

S1

1 h 1 S hS S

P u

u 2Tr P u

S Suu

S S

15

u

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Loi de transport : Darcy

.

.

.

.

Présentation du modèle théorique

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 16

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Intégration du modèle dans un code de calcul

Phases Contrainte effective

1

1

• Squelette• Eau• Air

• Squelette• Fluide équivalent

Loi de comportement

Loi élasto-plastique:• Ecrouissage Volumique• Ecrouissage capillaire

Loi élasto-plastique :• Ecrouissage Volumique

Compressibilité du fluide

f

Présentation du modèle théorique

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 17

Possibilité d’utiliser logiciels courant de l’ingénierie

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Application analytique:

Présentation du modèle théorique

_

_

_ _

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions 18

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Essais de laboratoire: modélisation d’essais (oedomètres, mesures de B au triaxial)Remblais:Estimation du tassement non drainé / drainéBarrages:Estimation des montées de pressions interstitiellesDéblais:Estimation du gonflement non drainé/ drainéExemples traités:Digues du Rhône - LGV Rhin-Rhône - Barrage d’Aratozawa -Barrage de Mirgenbach – A304

Etudes de cas: champs d’application

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Description:• Barrage construit au début des années 80• Barrage homogène en argile• Hauteur de 22m • Présence d’un filtre cheminée et d’un tapis drainant

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Matériaux:

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Historique:• 25 aout 1982: Glissement circulaire sur le parement Amont• 11 septembre 1982: Glissement circulaire sur le parement Aval• Hauteur du barrage: 18,5m / 22m

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Objectifs de la Modélisation:• Modéliser la construction du barrage et la montée de pression interstitielle• Reproduire les causes possibles de la rupture

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

Démarche de la Modélisation:

è é

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

Loi de comportement:

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Calage des paramètres:

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

K0

Etat initial:

Coefficient K0: Valeur fixée à 1,5 d’après REX planche de compactage A10

Succion initiale: calage à partir d’essais de compression isotrope disponibles

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Calage des paramètres:

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

Paramètres quasi-saturés:

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Calage des paramètres:

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

Paramètres quasi-saturés:

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Choix des teneurs en eau de compactage:

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

Sol compacté à wOPN+4,2%

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Résultats:

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

Δuw (B2) > Δuw (B6) Sre : 99,8> 97,4

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Etudes de cas: Barrage de Mirgenbach

Résultats:

Introduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

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Conclusions et perspectives• Modèle facilement utilisable dans des codes calculs

• Modèle compatible avec différentes lois de comportement

• Bonne estimation des phénomènes non drainés (montée de pression interstitielle et déformations)

• Modèle qui peut être calé avec des essais standards

• Etudes de cas à poursuivreIntroduction – Décomposition du sol – Modèle théorique – Etudes de cas – Conclusions

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Merci de votre attention…