Le barrage du Chambon

Son comportement mécaniqueLes travaux effectués

Eric BourdarotElectricité de France

Centre d’Ingénierie Hydraulique

Caractéristiques principales

Colloque le Pont 9 et 10 octobre 2012 - Barrage du Chambon

- Barrage-poids

- Hauteur : 90 m (135 m sur canyon)

- Longueur : 300 m (plots de 15 m)150 m rectiligne / 150 m courbe

- Epaisseur : 5 m en crête / 70 m à la base

- Volume 300 000 m3

- Matériaux :- Béton cyclopéen dosé de 150 à 250 Kg- Gneiss - Gunite en face amont et aval

HistoriqueConstruction : 1929-19351950 : apparition des premières déformations irréversibles de l’ouvrage1958 : découverte fissure aval sous l’évacuateur1960 : analyse des déplacements de l’ouvrage1976 : analyse LCPC mettant en évidence le phénomène de RAG1980-1990 : étude des différentes solutions :

Remplacement : variantes (0/+20/+40)Confortement

1991-1997 : 1ère campagne de travaux de confortement 2012-2014 : 2nd campagne de travaux de confortement

Colloque le Pont 9 et 10 octobre 2012 - Barrage du Chambon

Colloque le Pont 9 et 10 octobre 2012 - Barrage du Chambon

Déformations observées

Exhaussement du couronnement : 2,6 à 4 mm par an Déplacements de l’EVC :

vers l’amont : jusqu’à 5 mm par anVers la rive gauche : 1 mm par an

Déplacements en RD :Vers l’aval : 1 mm par anVers la RD :

0,3 mm par an

Impact sur l’ouvrage

Développement de contraintes de compression dans la structureBasculement de l’ouvrage vers l’amontMise en extension et fissuration du parement avalDéveloppement d’une fissuration longitudinale dans le plan du voile de drainage

Instabilité potentielle de blocs ou de plaques dans la partie amont sous l’effet d’un séisme

Conditions de stabilité au glissement de la partie rive gauche

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Réalisation d’un nouvel évacuateur de crue(1992-1997)

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Injection de la partie haute (1992/93)Ragréage des parements amont et aval

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Bétonnage de l’ancien évacuateur de crue (1995)

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Mise en place d’une membrane PVC 1993-1995 (8400 m2)

Réalisation de 8 sciages (1995-1997)

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Principe de sciage d’une section

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Dispositif d’auscultation15 repères planimétriques24 pendules36 repères de nivellement (couronnement, galerie)10 contrôleurs de fissures8 fils16 bases (barres)5 Distofor (en puits)9 piézomètres30 points de mesure de fuites

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Effets des sciagesDéplacements radiaux au pendule (11/12)

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Retour vers l’aval : près de 20 mm8 mm en 19955 mm en 19963 à 5 mm en 1997

Déformation équivalente : 7 années (3mm par an)Atténuation mais poursuite des évolutions jusqu’en 2005Au total le retour vers l’aval représente une dizaine d’années d’évolution de gonflement.

Modélisation numérique

Reprise des évolutions vers l’amontBesoin de refaire un bilan du comportement de l’ouvrage 10 ans après la fin des sciagesBesoin d’approfondir des questions en suspens en 1992 concernant l’impact éventuel d’une fissuration en cas de séismeArrivée à maturation des modèles de comportement développés dans le code ASTERDécision en 2007 de relancer une modélisation aux éléments finis avant d’envisager une nouvelle campagne de travaux

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Approche multi-échelleEchelle micro Echelle meso Echelle macro

Aggregate

Paste

ITZ

Fissuration, déformation, contraintes...

Pression poro-mécanique

Gel

Creation de gel

Réactions chimiques

Gonflement

Remplissage de la porosité Endommagement

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Description du modèle (E. Grimal, 2007)

( )( ) ( ) +

+

−−−

−=

∂∂ ASr

SrSrSr

TTREa

tA

ref0

0

0 111exp.α

( )[ ]+++−= εtrbVAVAMP ggggg .. 0

Effet de la température

Effet de la saturation en eau sur l’amplitude des gonflements

Effets de la saturation en eau sur la cinétique des gonflements

Porosité à remplir avant développement de pression

Volume maximal de gelVolume de vide en lien avec les déformations irréversibles

Contraintes macroscopiques

temps

Α Cinetique de la RAG

temps

Pg Pression de gel

Conditions environnementales thermiques et hydriques

Pw

σ i

Pg

σ i

ε vep

ε

ε vdt Pression d’eau

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Evolution des déplacements

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080

Date (Années)

Dép

lace

men

ts (m

m)

-50

0

50

100

150

200

250

300

1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080

Date (Années)

Dép

lace

men

ts (m

m)

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080

Date (Années)

Dép

lace

men

ts (m

m)

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1930 1950 1970 1990 2010 2030

Date (années)

Dépl

acem

ent (

mm

)

radial

vertical

tangentiel

vertical

tangentiel

radial

vertical

amont-aval

rg-rd

vertical

amont-aval

rg-rd

Calage de Vg

Résultats de la modélisation numérique.

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Downstream view

Modélisation numérique. Contrainte de compression en face aval

Comparaison calcul-mesures

Modeling Test

Zone 1 (Positive stress are compressive)

σ 1 = 5 MPa

σ 1 = 5.5 MPa dip : 37 °

Zone 2 (Positive stress are compressive)

σ 1 = 3.5 MPa

σ 1 = 4.0 MPa dip : 2 °

Zone 3 (Positive stress are compressive)

σ 1 = 5.5 MPa

σ 1 = 3.5 MPa dip : 45 ° Tensile zone mesured

dip : 26 °

dip : 0 °

dip : 40 °

Modeling Test

Zone 1 (Positive stress are compressive)

σ 1 = 5 MPa

σ 1 = 5.5 MPa dip : 37 °

Zone 2 (Positive stress are compressive)

σ 1 = 3.5 MPa

σ 1 = 4.0 MPa dip : 2 °

Zone 3 (Positive stress are compressive)

σ 1 = 5.5 MPa

σ 1 = 3.5 MPa dip : 45 ° Tensile zone mesured

dip : 26 °

dip : 0 °

dip : 40 °

Modeling Test

Zone 1 (Positive stress are compressive)

σ 1 = 5 MPa

σ 1 = 5.5 MPa dip : 37 °

Zone 2 (Positive stress are compressive)

σ 1 = 3.5 MPa

σ 1 = 4.0 MPa dip : 2 °

Zone 3 (Positive stress are compressive)

σ 1 = 5.5 MPa

σ 1 = 3.5 MPa dip : 45 ° Tensile zone mesured

dip : 26 °

dip : 0 °

dip : 40 °

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Exploitation des résultats des simulations en vue de la conception de la nouvelle campagne de travaux

Evaluation des états de contrainte

Avec ou sans sciage suivant différentes localisationsEvaluation de l’état de l’ouvrage dans 15 à 30 ans

Principales conclusions:

Impact positif des sciages sur les états de contraintes dans la partie supérieure de l’ouvrageRéduction des niveaux de compression dans la partie supérieure de l’ouvrageRéorientation des contraintes au contact barrage-fondation en rive gauche favorable aux conditions de stabilité

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Sciage ( N=7 / S = 2500 m2)

Reprise et approfondissement des sciages

Renforcement de la partie supérieure Dispositif de précontrainte

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TirantsFibres de carbone

5 m

24 m Membrane PVC

Tirants (4200m)

Fibres de carbone

Fixations de la membrane

Vue de l’amont

Renforcement de la partie supérieureMaillage fibre de carbone1. Mise en place de tirants précontraints2. Maillage de fibres de carbone en parement amont 3. Réinstallation de la membrane PVC

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Merci pour votre attention

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