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Justification de la stabilité d’une recharge granulaire aval sur les digues de canaux : développement d’un critère de rupture par claquage


Christophe PICAULT (CNR), Jean-Robert COURIVAUD (EDF CIH), Rémi BEGUIN (GEOPHYCONSULT), Pierre PHILIPPE (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 : Justification of the stability of downstream granular shell on fluvial dikes : development of a hydraulic uplift failure criterion

Résumé
La recharge granulaire mise en œuvre en parement aval du noyau des digues de canaux est généralement une disposition constructive qui participe à la stabilité de l’ouvrage à la fois vis-à-vis du glissement et de l’érosion interne. Cette recharge multifonction assure le drainage, la filtration et participe à la stabilité mécanique par son poids propre.
Cette disposition constructive essentielle a fait l’objet d’un important programme d’étude lancé en 2012 à l’instigation de CNR et EDF. Notamment, les conditions de maintien de l’intégrité de la recharge en situation dégradée, lorsqu’un phénomène d’érosion interne de type érosion de conduit s’est développé dans le noyau, ont été analysées.
Des essais sur modèle physique en vraie grandeur ont été menés au CACOH (Centre d’analyse comportementale des ouvrages hydrauliques - CNR) et ont permis d’identifier les conditions hydrauliques d’initiation du glissement et du claquage de la recharge dans cette situation. Les résultats obtenus ont été confrontés aux critères paraissant les plus pertinents. En ce qui concerne le claquage, le critère correspondant le mieux aux conditions expérimentales limites consistait à calculer l’équilibre entre le poids du sol soulevé et la pression hydraulique à sa base, en faisant l’hypothèse du soulèvement d’un tronçon de cône. Cependant, ce critère ne reproduit pas quantitativement les résultats expérimentaux et néglige la géométrie réelle des écoulements au débouché du conduit.
Une seconde étape a donc consisté à collecter les résultats expérimentaux de la littérature concernant cette configuration. Les modèles analytiques représentant fidèlement le phénomène et permettant une prédiction satisfaisante de la rupture par claquage ont été sélectionnés. Ces expressions retiennent toutes une augmentation non linéaire de la charge limite avec l’épaisseur de recharge, généralement en H² (avec H l’épaisseur de recharge). Ceci signifie que la résistance d’une recharge à ce type de sollicitation augmente très rapidement avec l’épaisseur.
En synthèse, une expression simplifiée est ici proposée, permettant d’estimer une charge maximale admissible correspondant à la borne inférieure de la charge de rupture observée lors des essais expérimentaux de la littérature et lors des essais sur modèle physique menés au CACOH.

Abstract
The granular shell usually located at the downstream slope of the core of a canal dike has a role in the stability of the structure both with respect to sliding and internal erosion. This multifunctional shell ensures drainage, filtration and contributes by its own weight to the mechanical stability.
The role of the granular shell in the stability was the subject of a major study program launched in 2012 by CNR and EDF. In particular, the way the granular shell remains stable in a degraded situation, when internal erosion has developed a pipe in the whole core, has been analyzed.
Large scale tests on physical model were carried at the CNR’s laboratory and identified the hydraulic conditions for initiation of slip or heave of the shell in this situation. The results of the tests were compared with the existing criteria that seemed most relevant. Concerning the heave, the criterion that closely fit the experimental results consisted of balancing the weight of the raised soil and the hydraulic pressure at its base, by assuming that the geometry of the raised volume of soil is a cone. However, this criterion does not exactly fit the experimental results and neglects the real geometry of the flows at the outlet of the pipe.
Therefore, a second step consisted of collecting the experimental results of the literature concerning this configuration. The analytical models that correctly represent the phenomenon and allow a good prediction of the heave were selected. All the relevant analytical expressions retain a nonlinear increase of the maximum hydraulic load related to the thickness of the shell, (generally hydraulic laod increase according to the square of the thickness of the shell). This means that the resistance of a granular shell to this type of stress increases very rapidly with the thickness.
As a conclusion, a simplified analytical expression is proposed here, that allows an estimation of the maximum hydraulic load corresponding to the lower limit of the failure load observed during the experimental tests and drawn from the experiments reported in the literature.

Citation
PICAULT, COURIVAUD, BEGUIN, PHILIPPE. Justification de la stabilité d’une recharge granulaire aval sur les digues de canaux : développement d’un critère de rupture par claquage. 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_c28


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

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