ESSAIS ET PRATIQUES EXPÉRIMENTALES SUR SITES ET STRUCTURES INDUSTRIELLES

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1 ESSAIS ET PRATIQUES EXPÉRIMENTALES SUR SITES ET STRUCTURES INDUSTRIELLES 29/09/2015 ENS Cachan, France Séminaire scientifique 2015 de l institut SEISM Vincent Lhuillier EDF R&D-AMA-VDS

2 But: Caractérisation dynamique Localisation du barrage de Laparan Journée SEISME 29 Septembre

3 Le barrage en quelques chiffres Hauteur maximale sur fondation: 106m Longueur du couronnement: 280m Épaisseur du béton en pied de barrage: 16,5m 19 plots de 15m de large 1 évacuateur de crue (crue décamillénale) et 1 vidange de fond (100m 3 /s maxi) Retenue : 16hm 3 dont la côte maximale est située à 1541m NGF Auscultation avec 18 pendules, des pièzomètres et débit de fuite Coté Usine 1 turbine Francis simple : puissance nominale 39,2MW Débit nominal: 10,23m 3 /s Vitesse nominale: 750 tr/min Chute nominale: 430m Robinet sphérique diamètre: 1m Ligne haute tension: 225KV Couronnement Parement aval Débit réservé Journée SEISME 29 Septembre

4 Objectifs des essais Caractériser le comportement vibratoire d un grand ouvrage de type barrage grâce à des excitations naturelles non-maîtrisées (bruit ambiant) Construire un modèle numérique représentatif de la dynamique du barrage (recalage) Transmettre le savoir-faire expérimental au département hydraulique pour un déploiement au parc Les campagnes d essais Etude de faisabilité Sans excitation forcée Captation des déplacements dans la direction privilégiée des déformées modales Une campagne longue (instrumentation conséquente) Mise en place du matériel Tester la chaine d acquisition Evaluer la qualité des mesures => Identification Courtes (instrumentation réduite voute uniquement) Instrumentation permanente Mesure «plug and play» Etudier l évolution de la dynamique en fonction du niveau d eau et de la thermique Ouverture de la vanne de fond Journée SEISME 29 Septembre

5 Positionnement des capteurs Instrumentation permanente Journée SEISME 29 Septembre

6 Pose des capteurs Journée SEISME 29 Septembre

7 Pose des capteurs Journée SEISME 29 Septembre

8 Les campagnes de mesures sur un cycle d un an 6 niveaux d eau mesurés (1488, 1493, 1501,1515, 1526, 1529 m NGF) Mesures de bonne qualité et exploitables dans la bande [2-20Hz] malgré des niveaux RMS très faibles : <10µm Journée SEISME 29 Septembre

9 Identification des 7 premiers modes propres : Déformées propres expérimentales de très bonne qualité Bonne corrélation essais vs calculs (fréquences et déformées propres) 1 ème mode expérimental 2 ème mode expérimental 2.7 Hz 3.3 Hz 1 er mode numérique 2 ème mode numérique 3,3 Hz - 2,3 % Journée SEISME 29 Septembre

10 Identification des 7 premiers modes propres 6 niveaux d eau mesurés et exploitables (1488, 1493, 1501,1515, 1526, 1529 m NGF) Effet raideur Fermeture des joints Effet masse Mesures hiver vs été Effet thermique Journée SEISME 29 Septembre

11 Conclusion Caractérisation expérimentale de la dynamique du barrage par bruit de fond Très bonne corrélation numérique / expérimental sur des niveaux d eau élevés (modèle initial) Sur fréquences propres Sur les déformées propres Pour les faibles niveaux d eau, le modèle initial doit être recalé Modèle linéaire (recalage par niveau de remplissage et prise en compte de la thermique) Evaluation du comportement du barrage avec un modèle non-linéaire (joints) Le matériel en place a résisté à la période hivernale sans dégradation Présence de saturations (Dirac) lors de certaines acquisitions (toutes les voies): Hypothèse de micro-craquements du parement (changements thermiques / ensoleillement) Résonnance des capteurs sur leur mode propre interne Journée SEISME 29 Septembre

12 CARACTÉRISATION DES SITES - CEA DIF DASE/LDG Identification et quantification des effets de sites particuliers : Profil de vitesse des ondes de cisaillement (Vs) Paramètre Vs30 H/V => Fréquence fondamentale du site Campagnes de caractérisation par des méthodes non invasives Active Passive Journée SEISME 29 Septembre

13 CARACTÉRISATION DES SITES Campagnes de caractérisation avec des méthodes non invasives Active (HF premières dizaines de mètres) Excitation à la masse Sismomètres alignés avec l excitation Mesure des temps de propagation Méthode : Multi Channel Analysis Spectral Wave Passive (BF profondeur importante) Mesures par bruit de fond Positionnement des sismomètres sur des rayons Détermination de la courbe de dispersion Journée SEISME 29 Septembre

14 CARACTÉRISATION DES SITES Méthodes passives FK et HRFK: Pour chaque fréquence - recherche du nombre d onde apportant le plus d énergie Déduction de la courbe de lenteur puis de la courbe de dispersion MSPAC Méthode basée sur les autocorrelations spatiales Construction de la courbe de dispersion globale Méthodes passives Méthodes actives Journée SEISME 29 Septembre

15 CARACTÉRISATION DES SITES Inversion de la courbe de dispersion Construction d un modèle de sol Minimisation d une fonctionnelle (courbe de dispersion mesurée vs simulée) Itérations Ensemble des courbes de dispersion obtenues sur toute la gamme de fréquence Les meilleurs profils Meilleur modèle Courbes de dispersion théoriques des meilleurs profils Profil de vitesse («misfit acceptable» vs «estimate») VS30 avec appréciation de sa qualité Classe de sol avec appréciation de sa qualité Journée SEISME 29 Septembre

16 CARACTÉRISATION DES SITES Exemples de réalisations Alpes OGAP Annecy préfecture, un site sédimentaire Vs 30 = 265 m/s ± 2 m/s, site classe C Indice qualité +++ Amélioration de données RAP de 2010 (Vs 30 = 564 m/s, site classe B - Indice qualité -) Journée SEISME 29 Septembre

17 CARACTÉRISATION DES SITES Exemples de réalisations Alpes - SURF Ours à proximité de Barcelonnette Séisme d Avril 2014 Faux site au rocher! Vs 30 = 420 m/s ± 10 m/s Convergence du modèle vers deux optimaux Journée SEISME 29 Septembre

18 CARACTÉRISATION DES SITES Moyens humains pour une caractérisation de site 4 à 6 personnes sur terrain par station Plusieurs jours par station Importance et enjeu des métadonnées en aléa sismique Actualisation et amélioration des bases de données actuelles Mise en place d une monographie de site protocole de mesures / protocole de traitement Intégration dans Portail National RAP, RESIF, Participation au Benchmark INTERPACIFIC (INTERCOMPARISON OF METHODS FOR SITE PARAMETER AND VELOCITY PROFILE CHARACTERIZATION) Confronter différentes approches de caractérisation (invasive vs non invasive) 3 sites test Mieux quantifier la variabilité entre les méthodes Mieux comprendre les différences phénoménologiques impactant les résultats Contact: aline.dechamp@cea.fr / CEA/DIF/DASE/SLDG Laboratoire Etudes Géophysiques et Aléas Journée SEISME 29 Septembre

19 ESSAIS ET PRATIQUES EXPÉRIMENTALES SUR SITES ET STRUCTURES INDUSTRIELLES 29/09/2015 ENS Cachan, France Séminaire scientifique 2015 de l institut SEISM Vincent Lhuillier EDF R&D-AMA-VDS

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