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Evaluation probabiliste de la s´ ecurit´ e structurale des barrages-poids Claud

Evaluation probabiliste de la s´ ecurit´ e structurale des barrages-poids Claudio Carvajal To cite this version: Claudio Carvajal. Evaluation probabiliste de la s´ ecurit´ e structurale des barrages-poids. G´ enie civil. Univerit´ e Blaise Pascal, Clermont-Ferrand, 2009. Fran¸ cais. <NNT : 2009CLF21938>. <tel-01298893> HAL Id: tel-01298893 https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01298893 Submitted on 6 Apr 2016 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. N° d’ordre : D.U 1938 EDSPIC : 441 UNIVERSITE BLAISE PASCAL – CLERMONT II ECOLE DOCTORALE SCIENCES POUR L’INGÉNIEUR DE CLERMONT-FERRAND THÈSE Présenté par Claudio Andrés CARVAJAL MONCADA Ingénieur P/U/C/V – Chili pour obtenir le grade de : DOCTEUR D’UNIVERSITÉ SPÉCIALITÉ : GENIE CIVIL ÉVALUATION PROBABILISTE DE LA SÉCURITÉ STRUCTURALE DES BARRAGES-POIDS Soutenue publiquement le 29 juin 2009 devant le jury composé de : MM Pr Pierre LÉGER Ecole Polytechnique de Montréal Rapporteur HDR Franck SCHOEFS Université de Nantes Rapporteur Pr Daniel BOISSIER Université Blaise Pascal Directeur/Examinateur Dr Laurent PEYRAS Cemagref Examinateur MCF Claude BACCONNET Université Blaise Pascal Examinateur Ing Jean-Pierre BÉCUE Safege Ingénieurs Conseils Invité Pr Alaa CHATEAUNEUF Université Blaise Pascal Président du jury Formation Doctorale « Matériaux, Structures, Fiabilité en Génie Civil et Génie Mécanique » LaMI, Polytech’Clermont Ferrand – Université Blaise Pascal Clermont II. _________________________________________________________________________________________________________________ Remerciements Je remercie le laboratoire génie civil de l’université Blaise Pascal, le Cemagref et le bureau d’études Safege pour m’avoir confié ce travail de recherche et développement, pour m’avoir accueilli pendant ces trois années et pour m’avoir permis de réaliser ce travail dans les meilleures conditions. Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à la qualité du comité de pilotage de thèse. A ce titre, je remercie en particulier : - mon directeur de thèse, Monsieur Daniel BOISSIER, Professeur à l’université Blaise Pascal, pour sa confiance, sa rigueur scientifique, ses conseils, pour tout le temps qu’il m’a consacré et pour la qualité de son encadrement ; - Monsieur Claude BACCONNET, Maître de conférences à l’université Blaise Pascal, pour sa grande disponibilité, son sens pédagogique et ses qualités humaines ; - Monsieur Laurent PEYRAS, Docteur en génie civil au Cemagref, pour son implication dans ce travail de thèse, son enthousiasme et pour la précieuse aide qu’il m’a donné en termes de rédaction, notamment pour la préparation de publications ; - Monsieur Jean-Pierre BECUE, Directeur Délégué Adjoint de la Délégation Grands Projets et Dom à Safege, pour ses compétences et son esprit généreux de partager ses connaissances et sa vaste expérience professionnelle ; - Madame Caroline VARON, Adjointe au Directeur de l’unité « Réseaux secs et ouvrages spéciaux » à Safege, pour ses conseils pratiques et sa disponibilité, même pendant la période où elle était enceinte. D’une manière générale, je remercie l’ensemble du comité de pilotage de thèse pour le suivi régulier de ce travail de recherche, pour les discussions enrichissantes lors de réunions de pilotage et pour l’encouragement que j’ai reçu pour réaliser des publications et participer à des nombreux congrès. J’exprime ma sincère reconnaissance à : - Monsieur Pierre LEGER, Professeur à l’Ecole Polytechnique de Montréal (Canada), - Monsieur Franck SCHOEFS, HDR à l’université de Nantes, - Monsieur Alaa CHATEAUNEUF, Professeur à l’université Blaise Pascal, pour l’honneur qu’ils m’ont fait en acceptant de participer au jury et d’être les rapporteurs ou examinateurs ce travail de thèse. Je les remercie vivement de l’intérêt porté à mon travail et du temps qu’ils ont consacré à l’examiner. Je tiens à remercier la Commission Nationale de la Recherche en Sciences et Technologie du Chili (CONICYT) pour la bourse attribuée dans le cadre d’une collaboration franco-chilienne à travers l’ambassade de France au Chili : « Programa de becas Master 2 Investigación y Doctorado ». _________________________________________________________________________________________________________________ - i - _________________________________________________________________________________________________________________ Je remercie à toutes les personnes que j’ai côtoyées à l’université, au Cemagref et à Safege (professeurs, maîtres de conférences, ingénieurs, techniciens, thésards, stagiaires, secrétaires, assistantes, documentalistes…), pour la bonne ambiance qu’ils ont apportée et qui a contribué très favorablement au bon déroulement de ce travail. Un grand merci à mes amis les plus proches pour toute l’aide et les encouragements que j’ai reçu pendant cette période de formation doctorale. Je remercie spécialement Paula, ma fiancée en début de thèse et mon épouse aujourd’hui, pour venir en France et m’accompagner pendant cette période, pour son soutien et sa patience lors de mes longues journées de travail et les week-ends que j’ai consacré au travail de thèse. Ma dernière pensée s’adresse à ma sœur, mes parents et ma grand-mère, qui m’ont accompagné inconditionnellement tout au long de ma formation personnelle et académique. _________________________________________________________________________________________________________________ - ii - _________________________________________________________________________________________________________________ Résumé Les barrages sont des ouvrages de génie civil induisant des risques technologiques importants. La réglementation en France relative à la sûreté des ouvrages hydrauliques a récemment évolué (décret du 11 décembre 2007) et prévoit dorénavant pour les grands ouvrages la réalisation d’études de dangers dans lesquelles les démarches probabilistes d’évaluation de la sécurité prennent une place importante. Les méthodes de fiabilité des structures ont fait l’objet d’un développement important au cours de ces dernières années. En revanche, la richesse de ces méthodes est fortement conditionnée par la pertinence de la représentation probabiliste des données d’entrée, correspondant aux propriétés des matériaux et aux actions. Dans le domaine de barrages, l’évaluation probabiliste de ces données d’entrée est particulièrement délicate en raison de la faible quantité d’essais expérimentaux disponibles sur les paramètres de résistance des matériaux et de la faible quantité d’événements observés relatifs aux actions extérieures telles que les crues ou les séismes. L’objectif de la thèse est d’aborder l’évaluation de la sécurité structurale d’un barrage par une approche d’analyse de fiabilité. Notre travail est focalisé sur la catégorie des barrages-poids et propose des méthodes probabilistes pour la modélisation des propriétés des matériaux et des actions. Pour la modélisation probabiliste des propriétés des matériaux, notre travail se focalise sur le corps des barrages-poids en béton, notamment les barrages en béton compacté au rouleau BCR, en s’appuyant sur l’ensemble de l’information disponible. Les méthodes développées mettent en œuvre : l’analyse des dispersions des propriétés des matériaux aux différentes échelles spatiales, une démarche de fusion des informations disponibles et l’utilisation des relations physiques entre les résistances du béton des barrages. Concernant la modélisation probabiliste des sollicitations, nous focalisons notre recherche sur les actions hydrauliques, qui constituent les principales actions agissant sur les barrages. Les méthodes développées présentent deux principaux aspects innovants par rapport à une démarche d’ingénierie classique : la prise en compte de divers scénarios de crues et la prise en compte de la variabilité de la cote de la retenue avant l’occurrence d’un événement hydrologique. La modélisation probabiliste de l’état-limite de résistance à l’effort tranchant, couplé avec l’ouverture de fissures est basée sur des méthodes classiques d’analyse de fiabilité, telles que les méthodes d’approximation FORM/SORM et les méthodes de simulation de Monte Carlo. L’application des méthodes développées est réalisée sur plusieurs cas de barrages en service. En terme de valorisation, nous proposons des recommandations et des outils opérationnels permettant la mise en œuvre des méthodes développées. – Mots clés – Barrage-poids, sécurité structurale, fiabilité, probabilité, propriété des matériaux, résistance, sollicitation _________________________________________________________________________________________________________________ - iii - _________________________________________________________________________________________________________________ Abstract Dams are hydraulic structures of civil engineering inducing important technological risks. The regulation in France relating to the safety of the hydraulic structures is recently evolved (decree of December 11, 2007) and henceforth envisages for the large dams the realization of studies of dangers in which the probabilistic methods of evaluation of structural safety take an important place. Structural reliability methods have acquired a significant development during these last years. However, the richness of these methods is strongly conditioned by the relevance of the probabilistic assessment of the input data, corresponding to the properties of materials and the actions. In the field of dams, the probabilistic assessment of these input data is particularly delicate because of the small quantity of experimental tests available on the strength parameters of materials and the small quantity of events observed relating to the external actions such as floods or earthquakes. The aim of the thesis is to develop methods for the evaluation of the structural safety of a dam by an approach of reliability analysis. Our work is focused on the category of the gravity dams and proposes probabilistic methods for modeling of the properties of materials and the actions. For the probabilistic modeling of the properties of materials, our work is focused on the body of the concrete gravity dams, in particular the Rolled Compacted Concrete (RCC) dams, while being based on the whole of information available. The developed methods include: an analysis of dispersions of the properties uploads/Ingenierie_Lourd/ evaluation-probabiliste-de-la-s-x27-ecurite-structurale-des-barrages-poids.pdf