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Évaluation du gain de sécurité relié au rehaussement d'une digue munie d'un élément d'étanchéité rigide

Laurent Masson

Masters thesis (2009)

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Cite this document: Masson, L. (2009). Évaluation du gain de sécurité relié au rehaussement d'une digue munie d'un élément d'étanchéité rigide (Masters thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/163/
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Abstract

RÉSUMÉ Le but de ce mémoire est de mettre au point un modèle capable de traduire le comportement d’une digue hybride de type remblai-rideau rigide lorsqu’elle est soumise à un déversement. Basé sur l’architecture connue des «blocs multiples» du Corps des ingénieurs des États-Unis, le modèle incorpore, à la fois, un élément géotechnique relié au glissement et un autre, structural, relié à la flexion et au cisaillement. L’élément géotechnique se traduit par une succession de plans de glissement qui croisent la composante structurale de façon sécante. L’élément structural utilise les contraintes en flexion et cisaillement d’une poutre cantilever. Lorsque ces deux éléments agissent de concert, le modèle comportemental est alors en mesure d’identifier et de quantifier le facteur de sécurité minimal. Des essais ont été menés au laboratoire d’hydraulique de l’École Polytechnique de Montréal afin de vérifier la pertinence du modèle comportemental. Une section transversale unitaire inspirée de la digue Moncouche, un ouvrage de type remblai-rideau rigide situé à l’est du lac Kénogami, au Québec, a été reproduite, à l’échelle, de façon à subir des déversements et à s’éroder. La section d’essai était munie d’un rideau métallique doté de jauges mesurant les microdéformations. Au moyen de la loi de Hooke associant les microdéformations  aux contraintes , nous avons pu comparer les nombres de microdéformations observés à ceux prédits par le modèle comportemental. Après ajustement, nous avons conclu que ce modèle était apte à traduire l’expérience du laboratoire et pouvait aussi supporter un usage prédictif in situ. Nous avons procédé à des simulations de déversement correspondant à l’état de 1995 de la digue Moncouche, de même qu’à son état de rehaussement projeté de 2002. Les profondeurs d’érosion, les largeurs de brèche, l’épaisseur des lames d’eau déversantes, les débits de brèche et l’échelle temporelle ont été adaptés et fournis au modèle comportemental. Ainsi, les facteurs de sécurité ont pu être estimés en fonction de l’érosion, de même que les temps de rupture du rideau de béton, les débits, l’hydrogramme de rupture et le gain de sécurité associé au rehaussement. En dépit de ses limites, nous estimons que le modèle comportemental Moncouche constitue une percée intéressante dans la compréhension et la prédiction de ce type de digues hybrides lorsqu’elles sont soumises à des déversements, à des mises en eau, à des crues ou même à de simples variations des niveaux d’exploitation. Nous sommes également d’avis que les ouvrages de retenue, lorsqu’ils sont précisément caractérisés, peuvent être mieux étudiés et compris. La connaissance approfondie de chaque ouvrage et de son hydrogramme de rupture se traduisent alors par une gestion mieux adaptée et plus sécuritaire. ----------ABSTRACT The objective of this project is to develop a physical model capable of analysing the behaviour of a hybrid dyke, featuring an embankment and a structural core wall, when it is subjected to an overflow. Based on the Multiple Wedge Analysis Method developed by the U.S. Army Corps of Engineers, the model combines both geotechnical and structural elements. The geotechnical element creates slip planes secant to the core wall, while the structural element calculates the bending and shear stresses generated within this component which acts as a cantilever beam. Together, these two elements enable the model to predict the dyke’s minimum safety factor. The model is verified using data obtained during flume tests conducted in the hydraulics laboratory of l’École Polytechnique de Montréal, where a model of the Moncouche dyke was built. A unit section of this hybrid structure, situated on Lake Kenogami in the Province of Québec, was constructed in such a way as to permit an overflow and the progressive erosion of its leeward side. The dyke’s core was reproduced using an aluminum plate installed at the structure’s center. Strain gauges measured it’s deformation. Linking the stresses acting on the plate with the observed strain using Hooke’s Law, made it possible to compare the model predictions with the measurements obtained. It is concluded that the behavioural model adequately predicted the results observed during the flume tests and could furthermore be used for in situ forecasting. Simulations employing the physical model and in the laboratory were conducted using the Moncouche dyke’s 1995 characteristics as well as it’s projected 2002 characteristics featuring an elevated crest. The erosion depth, breach width, nappe thickness, breach discharge and time scale were all adapted and incorporated into the behavioural model. It was thus possible to express the safety factors, structural core wall failure time and breach hydrograph as a function of the ongoing erosion. An analysis of the gain in security achieved by elevating the dyke’s crest was also completed. In spite of it’s limitations, the model constitutes a new insight into the comprehension and prediction of the behaviour of hybrid dykes when they are subjected to overflows, priming, highwater or variable exploitation levels. Considering the dyke’s characteristics and the corresponding breach hydrograph leads to better suited and safer management techniques.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département des génies civil, géologique et des mines
Dissertation/thesis director: Claude Marche
Date Deposited: 15 Feb 2010 14:32
Last Modified: 27 Jun 2019 16:49
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/163/

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