Amélioration du modèle d`HSTT

Report
Améliorations du modèle HSTT
Déformations d’origine thermique des barrages en béton
Frédéric Dufour (INPG/3SR)
Alexandre Simon (EDF/DTG)
Maxime Tatin (EDF-DTG – INPG/3SR)
La surveillance des ouvrages EDF
L’ensemble des ouvrages GC présentant un enjeu de sûreté et/ou
économique sont surveillés : barrages, digues, galeries, conduites
forcées, bâtiments réacteurs, aéroréfrigérants, tuyauteries enterrées,
stations de pompage, …
Pour le Parc Hydraulique : 239 barrages de classe A et B (75% des eaux
de surface), dont 150 de plus de 20m de hauteur. Avec de forts enjeux
de sûreté à maîtriser :
Risque de rupture des barrages,
Risques liés à l’exploitation des aménagements en période de crue,
Risques liés aux variations de débit et de cote des cours d’eau pendant l’exploitation.
EDF pratique une surveillance et une maintenance régulière de ses
barrages, notamment par une auscultation continue.
Relevé et analyse en temps réel sur chaque site de multiples données (tassement,
pression, fuites, inspection visuelle du béton, parties mécaniques, …) permettent
d’établir un diagnostic sur l’état des barrages
Analyse possible à distance (Grenoble ou Toulouse) des barrages les plus importants
ou les plus difficiles d’accès.
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Division Production Ingénierie Hydraulique - DTG
H-44200965-2013-00493-A
8 janvier 2014
Exemple de mesures de déplacements &
ordres de grandeurs associés
Exemple de mesure de déplacement sur le barrage de
Vouglans (voûte de 130 m de hauteur)
Mesure de déplacement par pendule
Amplitude totale de déplacement : 45 mm
2/3 effets saisonniers (thermiques) 1/3 effet hydrostatique
Mouvements irréversibles (après analyse par modèle) : qq
dixièmes de mm par an.
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Division Production Ingénierie Hydraulique - DTG
H-44200965-2013-00493-A
8 janvier 2014
Modèle HSTT mis au point par EDF &
améliorations
Modèle HSTT : Hydrostatique Saisonnier Temporel Thermique
Principe : mesure brute = superposition de 3 états : irréversible, réversible
hydrostatique et réversible thermique.
a1t  a2e
a3 z + a 4 z 2 + a 5
z 3 + a6 z 4
z : creux relatif
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Division Production Ingénierie Hydraulique - DTG

t

a7 cos(S) + a8 sin(S) + a9
sin(2S) + a10 cos(2S) + a11 R
S : saison
R : l’écart à la saison
H-44200965-2013-00493-A
8 janvier 2014
Modèle HSTT & améliorations
Aval
Aval
BC 490-399
mm
BC 490-399
mm
Pendules
Pendules
10,0
10,0
5,0
5,0
0,0
0,0
-5,0
-5,0
-10,0
-10,0
-15,0
-15,0
-20,0
1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
-20,0
1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Analyse HST classique sur 13/01/1987 - 29/11/2004
R = 0,98, S' = 1,11
Avantages
Méthode simple et robuste (utilisée par EDF depuis 1967), utilisée sur la plupart des barrages dans le monde, avec
quelques variantes mais l’esprit reste le même.
Méthode qui permet d’expliquer la plupart des grandeurs mesurées sur un barrage.
Nécessite de connaître uniquement la cote de retenue de l’ouvrage et une estimation de la température journalière.
Limites & améliorations
Variables explicatives fortement corrélées.
État thermique peu représentatif (une dispersion résiduelle due aux températures réelles peut persister).
Pas de prise en compte de la température de l’eau, de l’effet du gradient thermique (sens amont-aval), effet du
rayonnement thermique ?
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H-44200965-2013-00493-A
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Analyse détaillée d’Izourt
Localisation : Pyrénées (altitude 1600 m)
Caractéristiques géométriques :
Hauteur sur fondation : 46 m
Longueur en crête : 162 m
Epaisseur en crête : 4 m
Epaisseur maximale : 32 m
Volume de la retenue : 7,9 Mm3
Matériaux
Corps du barrage : blocs de gneiss + béton de
remplissage
Revêtement amont : moellons, joints avec un
mortier + injections
Fondation : gneiss
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Maquette virtuelle
Paramètres mécaniques calés sur la fonction
hydrostatique donnée par HSTT sur les données réelles
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D41**/TRA/2011-*****-A
jour mois année
Classification des phénomènes
1.
2.
3.
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Température de l’eau
Rayonnement
Convection
D41**/TRA/2011-*****-A
jour mois année
Théorème de réciprocité thermo-élastique
Champ de contrainte dû à une force
unitaire à la position et dans la
direction du déplacement recherché
F 
th 1
Déplacement dû à un
champ thermique
 th    .T .tr  .dV
V
Coefficient de
dilatation thermique
Champ de
température
 th    .T .tr  .dV      .T .tr  .dl .d.dh
V
H L
l, , h sont les coordonnées dans l’épaisseur, la hauteur et la longueur du barrage
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Prise en compte de la forme des champs
 th    .T .tr  .dl.d.dh
HL
Hypothèses :
 L
1. Champ de contrainte linéaire dans l’épaisseur tr    tr  M   l  .tr  G

2
L3
L  .T .tr .dl  .tr M .L.TM  .tr G .12 .TG
L3
 th     .tr  M L.TM .d.dh     .tr  G . .TG .d.dh
12
H
H
2.
TM et TG constants sur élévation, i.e. ne dépendent pas de 




L3



 th   TM    .tr  M L.d .dh   TG    .tr  G . .d .dh
12
H
H




  TM .M (h).dh   TG .D(h).dh
H
H
où M et D sont deux fonctions de sensibilité entre température et déplacement
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Prise en compte de la forme des champs
Hypothèses :
3. Uniformité sur la hauteur (milieu 1D)
 th   TM .M (h).dh   TG .D(h).dh
H
H
 TM  M (h).dh  TG  D(h).dh
H
H
 a.TM  b.TG
où a et b sont deux paramètres scalaires calés statistiquement (HSTT-GRAD)
Relation entre TM/TG et Tair/Teau
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Calcul de TM et TG
Le signal temporel de la température est
considéré comme une suite d’impulsion
Réponse obtenue par convolution du
signal avec la réponse impulsionnelle
La réponse à un pulse est la dérivée de
la réponse à un échelon
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Calcul de TM et TG
Problème avec un échelon
Problème avec un pulse
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Calcul de TM et TG
Moyenne et gradient de la réponse impulsionnelle
Moyenne et gradient de la réponse à un signal quelconque
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Résultats : Modèle GRAD
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Mesures in-situ sur Puylaurent
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Conclusions et perspectives
Classification des phénomènes environnementaux
Prise en compte de la température moyenne de l’eau sur les
déplacements de barrage
Mesures in-situ de profils de température de l’eau
Prise en compte du profil de température de l’eau sur les
déplacements de barrage  discrétisation du barrage
Prise en compte du rayonnement, meilleure estimation de la
température de l’air
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Merci pour votre attention
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