Etude expérimentale des effets de perméabilité du soubassement de structures soumises à l'action de la houle

Experimental study of permeability effects of foundations for structures submitted to wave action

• Auteur / Autrice : Guillaume Carpentier
• Direction : Michel Belorgey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stabilité

Drainage

Perméabilité

Contraintes (mécanique)

Pression

Digues

Vagues

Résumé

Le travail présenté ici est une contribution à l’étude de la stabilité des structures maritimes soumises à l’action de la houle. Cette problématique appartient aux deux domaines de la mécanique des fluides et des sols. La stabilité des ouvrages maritimes dépend principalement de la nature et du type d’ouvrage proprement dit, de l’action de la houle et du comportement du sol sur lequel il repose. Nous proposons dans cette étude une nouvelle approche pour évaluer les efforts induits par la houle sur les structures verticales ; elle est basée sur un dispositif expérimental original qui permet de découpler l’effort global de la résultante de l’action de la houle sur les ouvrages, en ses composantes horizontale et verticale. Ce dispositif est actuellement le seul qui permet aux modèles de reposer sur leurs fondations ; il est ainsi possible de déterminer les efforts verticaux en fonction de la perméabilité du soubassement. Une nouvelle approche de l’étude des écoulements sous les structures et de leur influence sur le comportement de l’ouvrage a ainsi pu être initiée ; elle a nécessité la mise au point d’un dispositif de mesure des vitesses interstitielles au sein du soubassement. La nature même des sols utilisés dans les modèles a pu permettre de déterminer les paramètres (perméabilité) pour simuler au mieux le comportement des soubassements des ouvrages réels. La loi de Forchheimer généralisée a été utilisée. Une caractérisation de l’interaction ‘houle sol structure’ est proposée, elle met en évidence l’influence du niveau de drainage, tant au niveau de l’écoulement de surface libre que sur la répartition des efforts sur les ouvrages. Une évaluation des efforts globaux est aussi obtenue par une mesure directe et intégrée des pressions et sous-pressions, elle confirme le bienfondé de la première approche proposée. Un test comparatif est réalisé avec les mesures in situ de la digue Jarlan de Dieppe. Les formulations et conclusions déterminées dans cette étude sont structurellement limitées par le cadre des modèles utilisés, mais elles permettent cependant une approche réaliste de l’interaction Houle-sol-structure.

The present study aims to contribute to the stability of maritime structures subjected to wave action. This involves both hydraulic and geotechnical aspects. The stability of maritime structures strongly depends upon the type and purpose of the structure, wave action and soil conditions. A new method is proposed to study and assess wave loading on vertical structures. The new experimental approach allows to measure separately the horizontal and vertical components of the global wave load on the structure. This approach is unique in the sense that it enables to properly simulate the interface between the structure and its foundation. It is thus possible to model the vertical load as a function of the permeability of the structures foundation. A new approach for the study of water-structure interaction and the influence of the latter on the stability of the structure has been tested. For this purpose an experimental device for measuring porous flow velocity inside the foundation was set up. It was consequently possible to experimentally simulate the permeability of the foundation. The extended Forchheimer law, including the inertia term, was used. The interface between water, soil and structure is modelled and quantified, thus highlighting the influence of the ‘ground flow drainage’ on the free surface flow as well as on the pressure distribution on the structure. Total forces are also measured by means of dynamometer and by integrating pressure measurements. These measurements allowed to validate the aforementioned approach. Experimental results are compared against in situ measurements carried out on the Dieppe Jarlan breakwater. Information and conclusions presented in this study are structurally limited by the dimensions of the model structure. Nevertheless, they allow realistic modelling of water-soil-structure interaction.