SSHEAR. Les résultats du projet ANR SSHEAR sur les affouillements Colloque le Pont, 28/09/2021

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Les résultats du projet ANR SSHEAR sur les affouillements Colloque le Pont, 28/09/2021 Franziska Schmidt, Christophe Chevalier, Mohamed Belmokhtar

SSHEAR

SOILS, STRUCTURES &

HYDRAULICS

Expertise and Applied Research

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Projet ANR SSHEAR (2014-2019)

• Mieux comprendre les mécanismes d'affouillement.

• Développer des outils de surveillance (des ouvrages).

• Manuel à l’utilisation des gestionnaires.

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Sommaire

• Introduction, contexte

• Etude de faisabilité d’un capteur de profondeur d’affouillement

• Etude du comportement d’une pile de pont

• Conclusion, perspectives

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INTRODUCTION, CONTEXTE

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Risque hydraulique & affouillements

• Abaissement général ou local du fond d’un cours d’eau sous l’effet d’un écoulement hydraulique.

• Problème accentué par la présence d’obstacles dans

l’écoulement. Affouillement local autour d’une pile (B. Melville, 2008)

Pont Schoharie Creek, USA, 1987

Viaduc Broadmeadow,

Irlande, 2009 Pont Wilson, Tours, 1978 Rivière Saint Etienne, la Réunion, 2007

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Risque hydraulique & affouillements

• Erosion d’éoliennes offshore,

• Erosion de digues,

• Erosion de pentes, berges…

Affouillement local autour d’une éolienne offshore

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Risque hydraulique & affouillements

Un risque connu

• Identification des ouvrages à risque,

• Gestion des ouvrages à risque,

• ARPSA.

Des solutions d’instrumentation Instruments géophysiques

• Radar,

• Sonar,

• Réflectométrie temporelle.

Principales causes d’effondrement des ponts aux Etats Unis entre 1989 et 2000

(K. Wardhana & F.C. Hadipriono, 2003)

53%

9% 12%

8%

3%

3% 2% 1% 6% Risque hydraulique

Collision Surcharge Détérioration Incendie Construction Séisme Neige Fatigue Autres

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Risque hydraulique & affouillements

Un risque connu

• ARPSA.

Instruments avec repères

• Flotteurs,

• Anneaux métalliques coulissants,

• Smart rocks.

53%

9% 12%

8%

3%

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Risque hydraulique & affouillements

Un risque connu

• ARPSA.

Instruments avec repères Techniques dynamiques

• Développement de capteurs dédiés,

• Comportement dynamique de la structure.

Ouvrage instrumenté en inclinométrie (Foti &

Sabia, 2011)

53%

9% 12%

8%

3%

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Affouillements et changement climatique

• Prédiction empirique,

• Augmentation de la vitesse de l’écoulement -> augmentation de la profondeur affouillée,

• Phénomène des crues éclair, torrentielles

.

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ETUDE DE FAISABILITÉ D’UN

CAPTEUR DE PROFONDEUR

D’AFFOUILLEMENT

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Développement d’un capteur d’affouillement

• Tige instrumentée: Diverses sections, divers matériaux,

• Sol: Sable et sable-argile.

• Eau.

Essais de répétabilité, maturation du sol, modèle numérique.

Sol Tige H

D L Y Z

X ^X

Accéléromètre

0 10 20 30 40 50 60 70

0 20 40 60 80

Première fréquence (Hz)

Longueur libre H (cm)

Circular PVC L = 800 mm Circular alum L = 800 mm Circular alum L= 600 mm Rectangular alum L = 800 mm Rectangular alum L = 600 mm

Circulaire PVC L =800 mm Circulaire alum L= 800 mm Circulaire alum L =600 mm Rectangulaire alum L=800 mm Rectangulaire alum L=600 mm

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Développement d’un capteur d’affouillement

• Expérimental:

• Tige instrumentée: Diverses sections, divers matériaux,

• Sol: Sable et sable-argile,

• Eau.

• Essais de répétabilité, maturation du sol, modèle numérique.

Sol Tige H

D L Y Z

X ^X

Accéléromètre

Equivalence avec poutre encastrée:

Sol Tige

Accéléromètre

H H

Poutre encastrée

Tige dans le sol

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Instrumentation en déformation

• Interrogation Rayleigh:

résolution spatiale 5 mm, essai statique (OBR Luna),

• Déformation maximale au niveau du sol,

augmentation des

déformations au niveau des couches

supérieures.

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ETUDE DU COMPORTEMENT

D’UNE PILE DE PONT

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Ouvrage A71 sur la Loire

• Pont en béton précontraint

• Longueur total de 400 m (5 travées: une de 50m, deux de 75m et deux de 100m)

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Première instrumentation

• Test du capteur d’affouillement,

• Mesure des accélérations en tête de pile P4:

instrumentation courte durée (> 4 heures),

• Accéléromètres autonomes, bas coûts

+ premier test avec accéléromètres haute précision.

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Instrumentation en cours

Capteurs Fréquence

Thermomètre 1/20 minutes

ADCP 1/30 minutes

Radar 1/5 minutes

Sonar 1/10 minutes

Caméra 2 photos par jours

Accéléromètre 1 acquisition de 5 minutes toute les 20 minutes

Radeau instrumenté Accéléromètres

Thermomètres

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Instrumentation en cours (pre- processing)

0 5 10 15 20 25

Time 15/02/2020 09:50:42.973 16/02/2020 10:31:14.362 17/02/2020 11:31:50.002 18/02/2020 12:12:27.727 19/02/2020 13:13:13.790 20/02/2020 13:54:04.161 21/02/2020 14:55:01.039 22/02/2020 15:36:02.094 23/02/2020 16:37:12.926 24/02/2020 17:18:35.235 25/02/2020 18:20:00.608 26/02/2020 19:01:33.389 27/02/2020 20:03:20.837 28/02/2020 20:45:17.341 29/02/2020 21:47:19.666 01/03/2020 22:29:32.968 02/03/2020 23:32:01.104 04/03/2020 00:14:50.940 05/03/2020 01:17:46.068 06/03/2020 02:00:49.307 07/03/2020 03:04:11.259 08/03/2020 03:47:49.459 09/03/2020 04:51:45.414 10/03/2020 05:35:54.271 11/03/2020 06:40:27.215 12/03/2020 07:25:08.252 13/03/2020 08:30:14.204 14/03/2020 09:15:33.816 15/03/2020 10:21:17.414 16/03/2020 11:07:18.841 17/03/2020 12:13:41.831 18/03/2020 13:00:20.082 19/03/2020 14:07:28.710 20/03/2020 14:54:54.095 21/03/2020 16:02:45.964 22/03/2020 16:50:57.951 23/03/2020 17:59:36.745 24/03/2020 18:48:36.828 25/03/2020 19:57:59.882 26/03/2020 20:47:46.942 27/03/2020 21:58:14.417 28/03/2020 22:48:57.301 30/03/2020 01:00:24.628 31/03/2020 01:51:50.154 01/04/2020 03:04:09.104 02/04/2020 03:56:48.350 03/04/2020 05:10:10.490 04/04/2020 06:03:37.111 05/04/2020 07:18:16.850 06/04/2020 08:12:57.250 07/04/2020 09:28:08.145 08/04/2020 10:24:09.822 09/04/2020 11:40:19.078 10/04/2020 12:37:57.822 11/04/2020 13:55:15.566 12/04/2020 14:54:13.812 13/04/2020 16:12:43.640 14/04/2020 17:11:29.208 15/04/2020 18:33:47.058 16/04/2020 19:33:45.881 17/04/2020 20:54:35.490 18/04/2020 22:01:13.408 19/04/2020 23:33:57.030 21/04/2020 00:43:31.296 22/04/2020 02:12:25.569

Variation de la température

Tempéraure Voussoir (°C) Température haut de pile(°C)

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Instrumentation en cours (pre- processing)

Décomposition fréquentielle grâce à la corrélation entre les signaux

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Water Level Bathymetry

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Instrumentation hydraulique en continu – site de l’Aurence

panneaux solaires

limnimètre boitier alim. et transmission caméra

radeau équipé

suivi des hauteurs d’eau

et d’affouillements suivi des vitesses de surface

profils de vitesses

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CONCLUSION, PERSPECTIVES

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Autres travaux réalisés

• Analyse des mécanismes d’affouillement,

modélisation numérique:

Erosion proche d’un cylindre (FAST),

WET (IFSTTAR),

Modélisation numérique (LHSV),

• Manuel à destination des gestionnaires.

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Différents EI, D

(affouillement ) & différents k (densités)

Perspectives

Modélisation, analyse et apprentissage statistique du

comportement dynamique de structures pour le suivi des conditions aux limites (Thèse de M. Belmokhtar)

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Merci pour votre attention!

https://sshear.ifsttar.fr/

franziska.schmidt@univ-eiffel.fr , christophe.chevalier@univ-eiffel.fr