Évaluer l'impact du vieillissement des digues sur les mécanismes et scénarios de rupture

Digues Maritimes et Fluviales de Protection contre les Inondations : Digues 2019, AIX EN PROVENCE, FRANCE, 20-/03/2019 - 21/03/2019Les scénarios de rupture des digues sont basés sur des hypothèses d'enchaînement de dégradations ou de ruptures partielles de différentes parties des ouvrages. Ainsi, pour qu'une défaillance intervienne sur un tronçon de digue, il faut que certaines parties d'ouvrage arrivent à la limite de leur 'bon' fonctionnement et que leurs propriétés passent en-dessous d'un certain niveau de performance. L'évolution des propriétés et des performances n'est cependant pas toujours 'binaire' : l'ouvrage semble être dans un état correct puis, instantanément, arrive à la rupture. Cet article propose une discussion sur les mécanismes de vieillissement des matériaux utilisés notamment pour leur fonction d'étanchéité, à partir d'exemples concrets. Le vieillissement est un phénomène normal qui apparaît soit par un usage répété de l'ouvrage soit par des phénomènes normaux de dégradation et d'usure par le temps et les conditions extérieures. Ce vieillissement normal peut être identifié au travers de mécanismes de dégradation qui seraient classés par type de dégradation (météorologique, interaction avec le vivant, interaction avec des masses d'eau), par intensité (fort, moyen, faible) et par cinétique (très long, rapide, instantané). Ces mécanismes de dégradations seraient dépendants de la localisation géographique de l'ouvrage, de la nature des composants et de la qualité initiale de la réalisation de l'ouvrage

Exploring the effects of geotextiles in the performance of highway filter drains for sustainable and resilient highway drainage

The authors would like to thank Carnell Support Services Ltd for funding the study. Luis A. Sañudo-Fontaneda also wish to thank the funding for the development of the UOStormwater Engineering Research Team by the University of Oviedo through the research project with reference PAPI-17-PEMERG-22

Semi-empirical relationships to assess the seismic performance of slopes from an updated version of the Italian seismic database

Funder: Dipartimento della Protezione Civile, Presidenza del Consiglio dei Ministri; doi: http://dx.doi.org/10.13039/100012783; Grant(s): ReLUIS research project - Working Pachage 16: Geotechnical Engineering - Task Group 2: Slope stabilityAbstractSeismic performance of slopes can be assessed through displacement-based procedures where earthquake-induced displacements are usually computed following Newmark-type calculations. These can be adopted to perform a parametric integration of earthquake records to evaluate permanent displacements for different slope characteristics and seismic input properties. Several semi-empirical relationships can be obtained for different purposes: obtaining site-specific displacement hazard curves following a fully-probabilistic approach, to assess the seismic risk associated with the slope; providing semi-empirical models within a deterministic framework, where the seismic-induced permanent displacement is compared with threshold values related to different levels of seismic performance; calibrating the seismic coefficient to be used in pseudo-static calculations, where a safety factor against limit conditions is computed. In this paper, semi-empirical relationships are obtained as a result of a parametric integration of an updated version of the Italian strong-motion database, that, in turn, is described and compared to older versions of the database and to well-known ground motion prediction equations. Permanent displacement is expressed as a function of either ground motion parameters, for a given yield seismic coefficient of the slope, or of both ground motion parameters and the seismic coefficient. The first are meant to be used as a tool to develop site-specific displacement hazard curves, while the last can be used to evaluate earthquake-induced slope displacements, as well as to calibrate the seismic coefficient to be used in a pseudo-static analysis. Influence of the vertical component of seismic motion on these semi-empirical relationships is also assessed.</jats:p

Numerical modeling of soil liquefaction at the structure scale : application to hydraulic structures

Les matériaux granulaires présentent un large spectre de propriétés mécaniques. Développer des modèles constitutifs permettant d'intégrer ces caractéristiques dans le cadre de simulations à l'échelle de l'ouvrage demeure un réel challenge scientifique. A cet égard, les approches multi-échelles constituent aujourd'hui une voie très prometteuse. Elles permettent de faire émerger des propriétés macroscopiques à partir de modèles micromécaniques calibrés à l'échelle microscopique.Parmi les modèles multi-échelles, le modèle H marque une avancée majeure pour la prise en compte des effets de la microstructure dans le comportement des matériaux granulaires. La structure du matériau granulaire est décrite par une distribution d'hexagones orientés dans l'espace. A partir d'opérations d'homogénéisation, les contraintes et les déformations incrémentales sont reliées à l'échelle de la distribution, donnant lieu à un modèle de comportement qui a la capacité à reproduire propriétés mécaniques essentielles des matériaux granulaires.Nous étudions dans un premier temps les propriétés mécaniques de l'assemblage hexagonal de grains, élément de base du modèle H, afin d'identifier les conditions menant à sa déstabilisation. Nous réalisons dans un second temps une étude de sensibilité du modèle constitutif vis-à-vis des paramètres micro-mécaniques et microstructurels. Enfin, nous démontrons les capacités opérationnelles du modèle à partir d'essais triaxiaux non drainés réalisés sur un sable lâche liquéfiable.Dans un second temps, le modèle H est implémenté en tant que loi constitutive dans un code de calcul aux différences finies. Des simulations d'essais biaxiaux non homogènes sont conduites afin d'explorer les capacités du modèle à reproduire les différents modes de rupture observés en laboratoire. L'utilisation du modèle H pour modéliser des essais biaxiaux drainés et non drainés met clairement en évidence l'influence de la microstructure sur la réponse mécanique des matériaux granulaires. Enfin, le modèle H est utilisé dans le cadre d'une simulation hydro-mécanique couplée à l'échelle de l'ouvrage pour modéliser le chargement d'une fondation superficielle et la rupture d'une digue soumise à une crue.Granular materials generally exhibit a broad spectrum of mechanical properties. Developing constitutive models to integrate these properties in the context of simulations at the structure scale remains a real scientific challenge. In this respect, multi-scale approaches offer very promising solutions as they allow the emergence of macroscopic properties from micromechanical models calibrated on a microscopic scale.Among the multiscale models, the H model marks a major step forward in taking into account the effects of the microstructure in the behavior of granular materials. The structure of the granular material is described by an assembly of hexagons, oriented in space. From homogenization operations, stresses and incremental strains are related to the scale of the assembly, giving rise to a constitutive model that has the ability to reproduce the essential mechanical properties of granular materials.We first study the mechanical properties of the hexagonal grain assembly in order to identify the conditions leading to the triggering of its instability. We then carry out a study of the sensitivity of the constitutive model with respect to micro-mechanical and microstructural parameters. Finally, we demonstrate the operational capacities of the model from triaxial undrained tests carried out on a liquefiable loose sand.In a second step, the H model is implemented as a constitutive law in a finite difference code. Simulations of non-homogeneous biaxial tests are carried out in order to explore the model's capacities to reproduce the different failure modes observed in the laboratory. The use of the H model to model drained and undrained biaxial tests highlights the influence of the microstructure on the mechanical response of granular materials. Finally, model H is used in numerical simulations at the structure scale to model the loading of a shallow foundation and the failure of a levee subjected to a flooding event

Modélisation numérique du mécanisme de liquéfaction des sols : application aux ouvrages hydrauliques

Granular materials generally exhibit a broad spectrum of mechanical properties. Developing constitutive models to integrate these properties in the context of simulations at the structure scale remains a real scientific challenge. In this respect, multi-scale approaches offer very promising solutions as they allow the emergence of macroscopic properties from micromechanical models calibrated on a microscopic scale.Among the multiscale models, the H model marks a major step forward in taking into account the effects of the microstructure in the behavior of granular materials. The structure of the granular material is described by an assembly of hexagons, oriented in space. From homogenization operations, stresses and incremental strains are related to the scale of the assembly, giving rise to a constitutive model that has the ability to reproduce the essential mechanical properties of granular materials.We first study the mechanical properties of the hexagonal grain assembly in order to identify the conditions leading to the triggering of its instability. We then carry out a study of the sensitivity of the constitutive model with respect to micro-mechanical and microstructural parameters. Finally, we demonstrate the operational capacities of the model from triaxial undrained tests carried out on a liquefiable loose sand.In a second step, the H model is implemented as a constitutive law in a finite difference code. Simulations of non-homogeneous biaxial tests are carried out in order to explore the model's capacities to reproduce the different failure modes observed in the laboratory. The use of the H model to model drained and undrained biaxial tests highlights the influence of the microstructure on the mechanical response of granular materials. Finally, model H is used in numerical simulations at the structure scale to model the loading of a shallow foundation and the failure of a levee subjected to a flooding event.Les matériaux granulaires présentent un large spectre de propriétés mécaniques. Développer des modèles constitutifs permettant d'intégrer ces caractéristiques dans le cadre de simulations à l'échelle de l'ouvrage demeure un réel challenge scientifique. A cet égard, les approches multi-échelles constituent aujourd'hui une voie très prometteuse. Elles permettent de faire émerger des propriétés macroscopiques à partir de modèles micromécaniques calibrés à l'échelle microscopique.Parmi les modèles multi-échelles, le modèle H marque une avancée majeure pour la prise en compte des effets de la microstructure dans le comportement des matériaux granulaires. La structure du matériau granulaire est décrite par une distribution d'hexagones orientés dans l'espace. A partir d'opérations d'homogénéisation, les contraintes et les déformations incrémentales sont reliées à l'échelle de la distribution, donnant lieu à un modèle de comportement qui a la capacité à reproduire propriétés mécaniques essentielles des matériaux granulaires.Nous étudions dans un premier temps les propriétés mécaniques de l'assemblage hexagonal de grains, élément de base du modèle H, afin d'identifier les conditions menant à sa déstabilisation. Nous réalisons dans un second temps une étude de sensibilité du modèle constitutif vis-à-vis des paramètres micro-mécaniques et microstructurels. Enfin, nous démontrons les capacités opérationnelles du modèle à partir d'essais triaxiaux non drainés réalisés sur un sable lâche liquéfiable.Dans un second temps, le modèle H est implémenté en tant que loi constitutive dans un code de calcul aux différences finies. Des simulations d'essais biaxiaux non homogènes sont conduites afin d'explorer les capacités du modèle à reproduire les différents modes de rupture observés en laboratoire. L'utilisation du modèle H pour modéliser des essais biaxiaux drainés et non drainés met clairement en évidence l'influence de la microstructure sur la réponse mécanique des matériaux granulaires. Enfin, le modèle H est utilisé dans le cadre d'une simulation hydro-mécanique couplée à l'échelle de l'ouvrage pour modéliser le chargement d'une fondation superficielle et la rupture d'une digue soumise à une crue