Calcul Dynamique Et Statique Sur Une Digue [PDF]

Zitiervorschau

Calculs statique et dynamique sur une digue en terre. Application de la loi de Hujeux

M. Kham P. Kolmayer A.Foucault V. Guyonvarh G. Devésa L. Idoux

Plan Cadre de l’étude : le projet CODHYBAR2 La loi de comportement de Hujeux Méthodologie de modélisation du cycle de vie d’une digue Validation sur cas simplifié de digue Application à un cas réel, le barrage d’El Infiernillo (Mexique) Conclusions et perspectives

R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir

Journée Code_Aster du 16 mars 2010EDF

Plan Cadre de l’étude : le projet CODHYBAR2 La loi de comportement de Hujeux Méthodologie de modélisation du cycle de vie d’une digue Validation sur cas simplifié de digue Application à un cas réel, le barrage d’El Infiernillo (Mexique) Conclusions et perspectives

R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir

Journée Code_Aster du 16 mars 2010EDF

Le Projet CODHYBAR2 Enjeux : Maintien et durabilité des ouvrages en béton et géomécanique de l’Hydraulique.

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Enjeux et Objectifs du lot « Géomécanique » Développement dans Code_Aster d’outils et de méthodologies pour la simulation des barrages en terre Code qualifié Capitalisation d’une compétence patrimoniale Déploiement (vers CIH) SAV (accompagnement de R&D)

Loi de Hujeux pour les sols (milieux granulaires) Méthodologie de simulation du cycle de vie d’un barrage (construction, mise en eau, chargement sismique) Robustesse, ergonomie et évolutions

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Plan Cadre de l’étude : le projet CODHYBAR2 La loi de comportement de Hujeux Méthodologie de modélisation du cycle de vie d’une digue Validation sur cas simplifié de digue Application à un cas réel, le barrage d’El Infiernillo (Mexique) Conclusions et perspectives

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1. Modèle de comportement de Hujeux (Aubry et al., 1982; Hujeux, 1985)

Comportement sous cisaillement des milieux granulaires (sables, argiles, limons…) Le modèle élasto-plastique comprend: Élasticité non linéaire 4 mécanismes plastiques: 3 déviatoires / 1 de consolidation couplés par εvP Mobilisation progressive de l’angle de friction Critère de rupture type Mohr-Coulomb pour l’état critique Prise en compte de la dilatance (Roscoe) Loi d’écoulement plastique non associée pour la partie volumique Comportement cyclique introduit par des variables d’histoire à évolution discontinue

Nombre de paramètres matériaux: 4 pour l’élasticité non-linéaire 18 pour la plasticité

Intégration implicite dans Code_Aster R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir

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1. Modèle de comportement de Hujeux Avantages: Bonne représentation du comportement des sables et argiles: en contraintes et déformations volumiques (densité) sous chargements monotone et cyclique (séisme)

Reconnu dans la profession (ECP, COB, CIH…)

Inconvénients: Nombre de paramètres matériau élevé Gestion des mécanismes actifs Contrainte moyenne positive (traction) interdite Comportement adoucissant

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Difficultés de convergence

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Fondation

…

…

2.1 Méthodologie de construction par couches

…

Modélisation: Bidimensionnel, hydromécanique couplé Multi-modèle (pas de DDLs « vides ») h h

Difficulté: Incrément soudain de chargement (pression fluide et contraintes effectives) dans l’édifice déjà construit

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z

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p=ρegh σz=ρdgh

Pa

2.1 Méthodologie de construction par couches Solutions de régularisation: Progressivité temporelle du poids de la couche posée Équilibrage des contraintes effectives initiales dans la couche posée

ρh

 σ xx, 0   − Plibre      σ 0 =  σ yy ,0  =  − Plibre  σ   − P   zz , 0   libre 

σy=ρdgh p=ρegh t Plibre > 0

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Fondation

…

…

2.2 Méthodologie de mise en eau

… z

Chargement: Pression hydraulique p(z, t) sur le parement amont h(t4) Pression mécanique t(z, t) sur le parement amont h(t ) 3 h(t2) h(t1)

t = p = ρe g h R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir

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Pa

2.3 Méthodologie de chargement sismique u(X, t ) = ∑ α (t )u b (X ) b

xa

…

…

Ya

Yr xr

…

Hypothèse: système digue+fondation en mouvement relatif Encastrement de la base Conditions de Dirichlet (ux =0)
Neumann Éléments absorbants (paraxiaux) Séisme = accélération d’entraînement (second membre)

Schéma d’intégration Implicite (peu performant) Explicite (plus performant) Explicite avec projection de u sur une base de déformation [0-20Hz] (gain d’environ 20% en temps CPU) R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir

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3 Validation sur cas simplifié Hujeux_1

16m

21m

Pente 2/1

Hujeux_2

ACC 1[ M / S / S ]

Modélisation:

0,5

901 Q8, soit 2844 nœuds D_PLAN_HMS (P2-P1)

0 0

0,5 1

1,5

2 2,5

3

3,5 4 4,5

5 5,5 6 6,5

7

7,5 8

8,5

9 9,5 10 T I M E [ S]

- 0,5

Construction:

-1

16 couches homogènes de 1m d’épaisseur

-1,5

FFT A C C

Mise en eau: Jusqu’à 14m

40

30

20

Séisme: Ondelette Séisme R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir

10

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 FR EQ [ H Z ]

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3 Validation sur cas simplifié Construction par couches Vidéo 01

Mise en eau: Vidéo 02

Séisme: Vidéo 03 (Ondelette)

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3 Validation sur cas simplifié: Aster/GEFDYN

HEIGHT [M]

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 0,00-2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -20 -21

CC - GEFDYN CC - ASTER

 déplacement vertical uy suivant une coupe verticale

EAU

-0,01

-0,02

-0,03

-0,04

-0,05

-0,06

-0,07

-0,08

-0,09

-0,10

-0,11 DY [M]

HEIGHT [M]

 déformation plastique volumique εvP

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16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 0,0000 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -20 -21

CC - GEFDYN CC - ASTER EAU - GEFDYN EAU - ASTER

-0,0005 -0,0010 -0,0015 -0,0020 -0,0025 -0,0030 -0,0035 -0,0040 -0,0045 -0,0050 -0,0055 -0,0060 -0,0065 EPVP

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3 Validation sur cas simplifié ACC [M/S/S]

2,5

ACCELERO N237

2 1,5

N109

N36

N36

N109

1

N237

0,5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

-0,5 TIME[S]

-1 -1,5 -2 -2,5

Méthodes à valider cette année

-3 FFT ACC

Séisme d’entrée: amax = 0.15g

210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

ACCELERO N36 N109 N237

0

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1

2

3

4

5

6

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7 FREQ [HZ]

8

9

10

11

12

13

14

15

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4 Validation sur cas réel: le barrage d’El Infiernillo Pente 2/1 150m Drucker-Prager

Hujeux Drucker-Prager

350m

Présentation du barrage d’El Infiernillo (Mexique) Construction entre 1960 et 1963 Mise en eau 1964 2 séismes majeurs, en 1979 et 1985 (Michoacan) Benchmark ICOLD (1994)

15 couches hétérogènes de 10m d’épaisseur environ

Mise en eau (4 mois):

Modélisation: Coupe EST-OUEST (2D) Hétérogène: Noyau central (Hujeux), Filtres (DP) et parements (DP) 760 Q8, 751 T6 et 2492 nœuds D_PLAN_HMS (P2-P1) R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir

Construction (15 mois):

Jusqu’à la 14ème couche

Consolidation: Pendant 5.5 ans

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4 Validation sur cas réel: le barrage d’El Infiernillo Construction par couches Vidéo 04

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4 Validation sur cas réel: le barrage d’El Infiernillo 0,2 DEPLACEMENT VERTICAL [M] 0,1 ABSCISSE [M] 0 -0,1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 ABSCISSE[M] -0,9 0,0E+00 -1 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 -1,1 -1,0E+05 -1,2 -2,0E+05 GEFDYN_CC -1,3 -1,4 ASTER CC -3,0E+05 -1,5 GEFDYN - MISE EN EAU -4,0E+05 -1,6 ASTER - EAU -1,7 -5,0E+05 -1,8 ASTER - CONSOLIDATION -1,9 -6,0E+05 -2

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110 120 130

Aster/Gefdyn coupe B-B déplacement vertical

-7,0E+05 -8,0E+05

GEFDYN_CC_PRE1 GEFDYN_CC SIYY

-9,0E+05

• Pression fluide (PRE1) • Contrainte effective verticale (SIYY)

ASTER CC PRE1

-1,0E+06 ASTER CC SIYY

-1,1E+06 -1,2E+06 -1,3E+06 -1,4E+06 SIYY' [PA]

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GEFDYN MISE EN EAU PRE1 GEFDYN MISE EN EAU SIYY ASTER EAU PRE1 ASTER EAU SIYY

4 Validation sur cas réel: le barrage d’El Infiernillo Déformation volumique plastique: εvP Localement très dilatant: difficulté numérique Idée: essayer le 2nd gradient

CC R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir

EAU Journée Code_Aster du 16 mars 2010EDF

CONSOLIDATION

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5 Conclusions et Perspectives Réalisations Implémentation de la loi de Hujeux dans Code_Aster Validation des méthodologies de construction par couches et de mise en eau sur: Cas-test simplifié Barrage réel (El Infiernillo)

Méthodologie de calcul sismique opérationnelle (mais non validée)

Perspectives 2010 Validation de la méthodologie dynamique sur El Infiernillo Robustesse: Régularisation par 2nd gradient de dilatation (thèse d’A. Foucault) REX des difficultés et guide méthodologique (doc U2)

Ergonomie Méthodologie d’identification des paramètres de Hujeux (stage 2010)

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FIN

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1. Modèle de comportement de Hujeux Comportement sous cisaillement des sables et argiles Critère de rupture de Mohr-Coulomb (état critique) Loi de type Cam-Clay b∈[0, 1] Sables: b ≅ 0 (Mohr-Coulomb) Argiles: b ≅ 1 (CamClay) Domaine élastique réduit : r

q

Mohr-Coulomb: F (q, p ) = q + sin (φ )× p

  p Hujeux: F q, p, ε , r = q + sin (φ ) × p × 1 - b ln P  P ε CO V  

(

P V

)

( )

  P 1 - ln p P ( ) ε φ , , sin F q p = q + × p × CamClay: V P ε   CO V 

(

)

p

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( )

    

   × r  

1. Modèle de comportement de Hujeux Comportement sous cisaillement des sables et argiles Prise en compte de la dilatance Loi d’écoulement non-associée

q

Mohr-Coulomb État critique

Droite de dilatance



q





εɺvP = λɺ sin (ψ ) −  p p

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1. Modèle de comportement de Hujeux Comportement sous cisaillement des sables et argiles Anisotropie  3 mécanismes déviatoriques dans les 3 plans d’orthotropie

Comportement sous chargement volumique + 1 mécanisme isotrope : f (p, εvP, r)

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y

x

1. Modèle de comportement de Hujeux Comportement sous chargement cyclique

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3 Validation sur cas simplifié: Aster/GEFDYN

HEIGHT [M]

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 0,00-2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -20 -21

HEIGHT [M]

16 15 14 13 12 EAU 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2,0E+04 -0,09 -0,10 -0,11 -2 DY [M] -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -20 -21

CC - GEFDYN CC - ASTER

-0,01

-0,02

-0,03

-0,04

-0,05

-0,06

-0,07

-0,08

CC - GEFDYN CC - ASTER EAU - GEFDYN EAU -ASTER

-6,0E+04

-1,0E+05

-1,4E+05

 uy

HEIGHT [M]

CC- GEFDYN CC - ASTER EAU - GEFDYN EAU - ASTER

 σ’xx

3,6E+05 3,2E+05 2,8E+05 2,4E+05 2,0E+05 1,6E+05 1,2E+05 SIXX [PA]

-1,8E+05

-2,2E+05

-2,6E+05

-3,0E+05

-3,4E+05

-3,8E+05

-4,2E+05

SIYY [PA]

 σ’yy

HEIGHT [M]

16 16 15 15 14 14 CC - GEFDYN 13 13 12 12 CC - ASTER 11 11 EAU - GEFDYN 10 10 9 9 EAU - ASTER 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 -1 -1 0,0000 -2 -0,0005 -0,0010 -0,0015 -0,0020 -0,0025 -0,0030 -0,0035 -0,0040 -0,0045 -0,0050 -0,0055 -0,0060 -0,0065 8,0E+04 4,0E+04 0,0E+00 -2 -4,0E+04 -8,0E+04 -1,2E+05 -1,6E+05 -3 -3 EPVP -4 -4 -5 -5 -6 -6 -7 -7 -8 -8 -9 -9 -10 -10 -11 -11 -12 -12 -13 -13 -14 -14 -15 -16 -15 -17 -16 -18 -17 -19 -18 -20 -19 -21 -20 -21

 εvP

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4 Validation sur cas réel: le barrage d’El Infiernillo COTE[M]

COTE [M] 180

180

GEFDYN_CC

170

170

A-A

ASTER CC

160

A-A

160

150

GEFDYN - MISE EN EAU

140

ASTER - EAU

140

130

ASTER - CONSOLIDATION

130

150

120

120

110

110

100

100

90

90

80

80

70

70

GEFDYN_CC ASTER CC GEFDYN - MISE EN EAU ASTER - EAU ASTER - CONSOLIDATION

60

60

50

50

40

-0,002

40

0,048

0,098

0,148

0,198

0,248

0,298 0,348 DX [M]

0,398

0,448

0,498

0,548

0,598

0,648 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1,0 -1,1 -1,2 -1,3 -1,4 -1,5 -1,6 -1,7 -1,8 -1,9 -2,0 ABSCISSE[M]

0,2 0,1 0 -0,1 0 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1 -1,1 -1,2 -1,3 -1,4 -1,5 -1,6 -1,7 -1,8 -1,9 -2

DEPLACEMENT VERTICAL [M]

0,0E+00 DEPLACEMENT VERTICAL [M]

10

20

30

40

50

-110 ABSCISSE [M]

60

70

80

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

-1,0E+05

90 100 110 120 130

-2,0E+05 -3,0E+05 -4,0E+05 -5,0E+05

B-B

R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir

-100

GEFDYN_CC ASTER CC

GEFDYN_CC_PRE1

-6,0E+05

GEFDYN_CC SIYY

-7,0E+05

ASTER CC PRE1

-8,0E+05

ASTER CC SIYY

-9,0E+05

GEFDYN MISE EN EAU PRE1

-1,0E+06

GEFDYN MISE EN EAU SIYY

-1,1E+06

ASTER EAU PRE1

-1,2E+06

GEFDYN - MISE EN EAU ASTER - EAU ASTER - CONSOLIDATION

ASTER EAU SIYY ASTER CONSO PRE1

CONSO SIYY Journée ASTER Code_Aster

-1,3E+06 -1,4E+06 SIYY' [PA]

du 16 mars 2010EDF

B-B

120

130