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Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme de Magister en Génie civil Op

Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme de Magister en Génie civil Option : Interaction sol-structure Présenté par : BOUAICHA Allaoua Soutenu publiquement le 10/01/2013 Devant le jury composé de : Dr. BENMEBAREK Sadok Professeur Président Université de Biskra Dr. BENMEBAREK Naîma Professeur Rapporteur Université de Biskra Dr. BELOUNAR Lamine Professeur Examinateur Université de Biskra Dr. TATI Abdelouahab Maitre de Conférences ‘A’ Examinateur Université de Biskra الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليم العالي و البحث العلمي Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mohamed Khider – Biskra Faculté des Sciences et de la technologie Département : Génie civil et hydraulique Ref :……………… جامعة محمد خيضر بسكرة كلية العلوم و التكنولوجيا :قسم الهندسة المدنية والرى :المرجع…………… SIMULATION NUMERIQUE DE L’EFFET DE TREMBLEMENT DE TERRE SUR LES BARRAGES EN TERRE C REMERCIMENTS Je remercie en premier Dieu pour tout. Je remercie en second mes parents, qui ont sacrifiés leur vie pour notre bien, ma femme, mes sœurs et mes frères pour leurs soutient. Je tiens d’abord à remercier les membres de mon jury pour le temps et l’intérêt qu’ils ont consacrés à ce travail :  Dr. BENMEBAREK Sadok, professeur de l’université de Biskra (président) ;  Dr. BELOUNAR Lamine, professeur de l’université de Biskra ;  Dr. TATI Abdelouahab, maitre de conférences de l’université de Biskra ;  Dr. BENMEBAREK Naîma, professeur de l’université de Biskra. Je n’oublie pas de remercier aussi l’ensemble du corps enseignement et administratif du département de Génie Civil et Hydraulique de l’université de Biskra. Je remercie également les collègues de ma promotion et à leur tête MEZERDI Abdelkrim. Enfin je dédie ce travail aux familles, amis, étudiants, collègues de travail et tous ceux qui nous ont aidé de près ou de loin à élaborer ce mémoire. C CHAPITRE II : Résumé en français 1 Simulation numérique de l’effet de tremblement de terre sur les barrages en terre RESUME Un nombre important de barrages en remblai a subi des ruptures et des déplacements importants durant des tremblements de terre en raison de rupture ou liquéfaction du sol. Selon le Comité international des Grands Barrages, la majorité des anciens barrages ont été conçues en utilisant les méthodes et les critères séismiques, qui sont considérés maintenant comme obsolètes. Pendant les dernières décennies, des progrès important ont été réalisé dans l'évaluation de l'analyse dynamique des barrages. Les méthodes numériques en éléments finis ou en différences finies peuvent fournir un outil puissant pour prévoir la réponse des barrages aux actions sismiques. Le présent sujet porte sur l’analyse numérique de l’effet de tremblement de terre sur les barrages en terre. Après une synthèse bibliographique sur les ruptures et les dégâts occasionnés par les tremblements de terre, les effets de la plasticité du sol et des surpressions interstitielles sur le comportement dynamique seront examinés à l’aide du logiciel FLAC2d basé sur la méthode différences finies. Mots clés : Barrage en terre, Séisme, modélisation numérique, hydrodynamique, liquéfaction. CHAPITRE II : Résumé en anglais 2 Simulation numérique de l’effet de tremblement de terre sur les barrages en terre ABSTRACT A significant number of embankment dams underwent failures and significant displacements lasting of the earthquakes because of failure or liquefaction of the soil. According to the International Commission on Large Dams, the majority of the old dams were designed using methods and seismic criteria, which are considered now as obsolete. During the last decades, important progress has been made in assessing the dynamic analysis of dams. The numerical methods in finite elements or of finite differences can provide a powerful tool to envisage the response of the dams to the seismic actions. This subject relates to the numerical analysis of the effect of earthquake on the earth dams. After a bibliographical synthesis on the failures and the damage caused by the earthquakes, the effects of soil plasticity and excess pore pressure on the dynamic behavior will be examined using the software FLAC2d based on the method of finite differences. Key words: Earth dam, earthquake, numerical modeling, hydrodynamics, liquefaction. CHAPITRE II : Table des matières 3 Simulation numérique de l’effet de tremblement de terre sur les barrages en terre TABLE DES MATIERES Résumé ................................................................................................................................... 1 Abstract .................................................................................................................................. 2 Table des matières .............................................................................................................. 3 Liste des figures ................................................................................................................... 9 Liste des tableaux ............................................................................................................. 16 Notations .............................................................................................................................. 18 Introduction générale ...................................................................................................... 22 CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE I.1 INTRODUCTION ............................................................................................................................... 26 I.1.1 Généralité .................................................................................................................................... 27 I.1.2 Histoire ......................................................................................................................................... 28 I.1.3 Quelques exemples de grands barrages dans le monde ........................................................ 28 I.1.4 Les barrages en Algérie ............................................................................................................. 28 I.2 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES RECHERCHES RECENTES ................... 30 I.3 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES BARRAGES EN TERRE ........................... 42 I.3.1 Types des barrages en terre ....................................................................................................... 42 I.3.1.1 Barrage homogène ............................................................................................................. 42 I.3.1.2 Barrage à masque amont ................................................................................................... 43 I.3.1.3 Barrages à noyaux .............................................................................................................. 44 I.3.2 Études géotechniques ................................................................................................................. 45 I.3.3 Choix du type de barrage en terre ............................................................................................ 47 I.3.4 Traitement de la fondation de l'ouvrage .................................................................................. 47 I.3.4.1 Étanchéité de la fondation ................................................................................................. 48 I.3.4.2 Drainage de la fondation ................................................................................................... 49 I.3.5 Conception du remblai ............................................................................................................... 49 I.3.5.1 Définition du profil général du barrage ............................................................................. 49 I.3.5.2 Protection des parements et de la crête ............................................................................. 52 CHAPITRE II : Table des matières 4 Simulation numérique de l’effet de tremblement de terre sur les barrages en terre I.3.6 Filtres et drains ........................................................................................................................... 54 I.3.6.1 Nature des matériaux granulaires ..................................................................................... 54 I.3.6.2 Dispositif drainant du remblai ........................................................................................... 54 I.3.6.3 Utilisation des géotextiles comme filtre ou drain ............................................................... 55 I.3.7 Étanchéités artificielles .............................................................................................................. 56 I.3.7.1 Les géomembranes ............................................................................................................. 56 I.3.7.2 Paroi moulée ...................................................................................................................... 57 I.3.8 Dispositif d'auscultation ............................................................................................................ 57 I.3.8.1 Mesure de la cote du plan d’eau ........................................................................................ 57 I.3.8.2 Mesure des débits ............................................................................................................... 58 I.3.8.3 Mesure de la piézométrie ................................................................................................... 58 I.3.8.4 Mesure des déplacements ................................................................................................... 58 I.4 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES TREMBLEMENTS DE TERRE .............. 59 I.4.1 Caractéristiques principales ...................................................................................................... 59 I.4.1.1 Trois catégories de tremblements de terre ......................................................................... 59 I.4.1.2 Magnitude .......................................................................................................................... 60 I.4.1.3 Intensités d'un séisme ......................................................................................................... 61 I.4.1.4 Mesure d'un tremblement de terre selon RICHTER ........................................................... 61 I.4.2 Propagation des ondes sismiques ............................................................................................. 62 I.4.2.1 Ondes de volume ................................................................................................................ 62 I.4.2.2 Ondes de surface ................................................................................................................ 63 I.4.3 Séismes et risque sismique en Algérie .................................................................................... 63 I.5 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE COMPORTEMENT SISMIQUE DES BARRAGES EN TERRE ......................................................................................................... 65 I.5.1 Le risque de rupture de barrage ................................................................................................ 65 I.5.2 Ruptures des barrages en terre occasionnées par un tremblement de terre ........................ 67 I.5.2.1 Rupture par liquéfaction .................................................................................................... 68 I.5.2.2 Rupture par des fissures longitudinales ............................................................................. 69 I.5.2.3 Rupture par des fissures transversales ............................................................................... 70 I.5.2.4 Rupture par un glissement du talus du barrage ................................................................. 70 I.5.2.5 Rupture par érosion interne (effet de renard hydraulique) ............................................... 71 I.5.2.6 Rupture par érosion externe ............................................................................................... 72 I.5.2.7 Rupture totale ..................................................................................................................... 72 I.5.3 Cas historiques de ruptures observées ..................................................................................... 73 I.5.3.1 Barrage inférieur de San Fernando ................................................................................... 73 I.5.3.2 Barrage Sheffield de Santa Barbara .................................................................................. 75 I.5.3.3 Barrage inférieur de Van Norman ..................................................................................... 75 I.5.3.4 Barrage d’ Hebgen ............................................................................................................. 76 I.5.3.5 Les levées à Taïwan lors du séisme de Chi-Chi (M =7.3) .................................................. 77 I.5.3.6 Barrages du Japon ............................................................................................................. 77 CHAPITRE II : Table des matières 5 Simulation numérique de l’effet de tremblement de terre sur les barrages en terre I.5.4 Problèmes et recommandations ................................................................................................ 79 I.5.4.1 L’aléa sismique .................................................................................................................. 79 I.5.4.2 Traitement de la variabilité de la fondation ....................................................................... 79 I.5.4.3 Évaluation de la résistance sismique des graves et limons ................................................ 79 I.5.4.4 Réhabilitation des zones de faiblesse ................................................................................. 80 I.6 CONCLUSION .................................................................................................................................... 81 CHAPITRE II : METHODES D’ANALYSE SISMIQUES DES BARRAGES EN TERRE II.1 INTRODUCTION ............................................................................................................................... 82 II.2 GENERALITES SUR LE COMPORTEMENT CYCLIQUE DU SOL ................................ 83 II.2.1 Modélisation du comportement cyclique du sol .................................................................... 83 II.2.2 Définition du module de cisaillement G et du Coefficient d’amortissement ξ .................. 85 II.2.2.1 Module de cisaillement G ................................................................................................ 85 II.2.2.2 Coefficient d’amortissement ξ ......................................................................................... 85 II.2.3 Modèle linéaire équivalent ........................................................................................................ 86 II.2.3.1 Paramètres cycliques équivalents ................................................................................... 86 II.2.3.2 Module de cisaillement G sous conditions de chargements cycliques ............................ 88 II.2.3.3 Facteur d’amortissement ξ sous conditions de chargements cycliques ..................... 90 II.3 METHODES D’ANALYSE SISMIQUES DES BARRAGES EN TERRE .......................... 91 II.3.1 Les méthodes théoriques ........................................................................................................... 91 II.3.1.1 Méthode Pseudo-statique ................................................................................................ 91 II.3.1.2 Méthode de NEWMARK (1965) ...................................................................................... 92 II.3.1.3 Méthode de SARMA (1973) ............................................................................................. 93 II.3.1.4 Méthode de MAKDISI-SEED (1977) ............................................................................... 94 II.3.1.5 Méthode de MINEIRO (1975,1979) ................................................................................ 97 II.3.2 Les méthodes empiriques .......................................................................................................... 97 II.3.2.1 Méthode de JANSEN (1990) ............................................................................................ 97 II.3.2.2 Méthode de SWAISGOOD (1995,1998) .......................................................................... 98 II.3.2.3 Méthode de BUREAU (1985,1997) ............................................................................... 101 II.3.3 Les méthodes numériques ....................................................................................................... 102 II.3.3.1 Codes en contraintes totales ......................................................................................... 102 II.3.3.2 Codes en contraintes effectives ..................................................................................... 103 II.4 CONCLUSION .................................................................................................................................. 104 CHAPITRE II : Table des matières 6 Simulation numérique de l’effet de tremblement de terre sur les barrages en terre CHAPITRE III : PRESENTATION DE L’OUTIL DE SIMULATION NUMERIQUE III.1 INTRODUCTION ............................................................................................................................. 105 III.2 DESCRIPTION DU CODE DE CALCUL .................................................................................. 106 III.2.1 Méthode des différences finies ............................................................................................... 106 III.2.2 Analyse Lagrangienne ............................................................................................................. 106 III.2.3 uploads/Geographie/ simulation-numerique-effet-de-tremblement-de-terre-pdf.pdf