Comité Français des Barrages et Réservoirs

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doi_cfbr_colloque2019_c23

Limites des critères de susceptibilité à la suffusion vis-à-vis de la stabilité mécanique des ouvrages en remblai


Antoine WAUTIER, Stéphane BONELLI, François NICOT (IRSTEA)

Éditeur : Comité Français des Barrages et Réservoirs - CFBR - ISBN 979-10-96371-09-9

Colloque : Justification des barrages : état de l’art et perspectives - Chambéry, France
Année d’édition 2019

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Title : Limits of suffusion susceptibility criteria with respect to the mechanical stability of earthen hydraulic structures

Résumé
La suffusion est indéniablement le mécanisme d’érosion interne le plus complexe. Il s’agit d’une érosion interne sélective qui ne concerne que la fraction fine du sol. La stabilité des barrages en remblais vis-à-vis de la suffusion est classiquement traitée via le concept de stabilité granulométrique interne qui repose sur le non transport des particules fines à l’intérieur de l’ouvrage. Toutefois, il peut sembler trop restrictif de considérer que le moindre transport de matériau à l’intérieur du corps de l’ouvrage suffit à compromettre sa stabilité mécanique.
En se basant sur des simulations numériques par éléments discrets (DEM), l’impact de la suffusion est analysé à l’échelle d’un volume élémentaire de sol. Il est mis en évidence que les particules faiblement impliquées dans la transmission des efforts (et donc mobilisables par un écoulement interne) ont un rôle stabilisateur par leur capacité à enrayer le développement de déformations plastiques. Leur transport sous l’action de l’eau ne conduit cependant pas nécessairement à l’apparition d’instabilités mécaniques. Par exemple, pour un matériau dans lequel les distances de transport sont limitées, un écoulement interne peut même avoir un effet stabilisateur en pré-positionnant les particules libres au contact des particules reprenant les efforts mécaniques.
Les résultats présentés restent du domaine de la recherche amont et ne permettent pour l’heure pas de formuler de nouveaux critères de susceptibilité à la suffusion basés sur l’apparition d’instabilités mécaniques. Ils mettent cependant en évidence l’existence de marges de sécurité résiduelles à caractériser, et indiquent clairement que des travaux de recherches sont nécessaires pour aller plus avant vers une justification des barrages physiquement motivée.

Abstract
Suffusion is definitely the most complex form of internal erosion. It consists in the selective erosion of the finest particles of a soil in between the coarsest particles. The mechanical stability of earthen dams with respect to suffusion is classically assessed thanks to the concept of internal stability that relies on the non-transport of the fine particles inside the hydraulic structure. This criterion may appear too conservative though, because the transport of free particles inside the dam body does not necessarily implies a loss in mechanical stability.
Based on discrete element simulations, the impact of suffusion is analyzed at the scale of a representative elementary volume of soil. The particular role played by particles loosely implied in stress transmission (and thus easily mobilized by an internal fluid flow) is investigated in terms of mechanical stability. It is shown that these particles have a stabilizing role through their ability to prevent the development of large plastic strains. Their transport under the action of an internal fluid flow does not however lead to the loss of mechanical stability. For instance, for a material in which transport distances are limited, an internal fluid flow can even generate a stabilizing effect by placing the free particles in contact with heavily stressed particles.
This study belongs to fundamental research work and its results cannot be used yet to formulate new susceptibility criteria for suffusion based on the loss of mechanical stability. However, they show that some safety margins exist and additional work is needed to move forward to a more physical justification of the stability of earthen dams with respect to the occurrence of harmful suffusion.

Citation
WAUTIER, BONELLI, NICOT. Limites des critères de susceptibilité à la suffusion vis-à-vis de la stabilité mécanique des ouvrages en remblai. In Colloque Justification des barrages : Etat de l’art et Perspectives. Chambéry : CFBR - 27,28 novembre 2019. ISBN 979-10-96371-09-9. doi : 10.24346/cfbr_colloque2019_c23


Voir aussi : Colloque Justification des barrages : état de l’art et perspectives

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