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Wikibardig:Fonctions techniques de l'ouvrage et des composants : Différence entre versions

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(Analyse fonctionnelle interne)
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Version du 19 juin 2017 à 15:38

Sommaire


Un système de génie civil (un ouvrage ou un ensemble d’ouvrages) se définit, d’une part à partir des éléments structurels (ou des sous-systèmes) qui le composent, et d’autre part à partir des fonctions qu’il accomplit. A chaque niveau de décomposition du système, les éléments structurels remplissent à leur tour des fonctions qui contribuent à la réalisation des fonctions globales de l’infrastructure [CREMONA,02] .

Selon la norme NF X50-150, une fonction est définie comme les « actions d’un produit ou de l’un de ses constituants exprimées en terme de finalité ».

Pour définir les fonctions d’un barrage, il est nécessaire de procéder à une analyse fonctionnelle du système conduite en trois étapes : la définition du système étudié, l’analyse fonctionnelle externe et l’analyse fonctionnelle interne.

Système étudié

Le système que nous étudions est composé du barrage proprement dit (structure du génie civil hors du sol), de sa semelle de fondation, de ses ouvrages annexes (évacuateur de crue, prise d’eau... ) et de ses fondations (sol d’assise ou rocher impliqué dans la tenue de la structure et portant la semelle du barrage).

Definition-Système-ThèseLP.png Définition du système : cas d’un barrage poids (Thèse L.PEYRAS)


Analyse fonctionnelle externe

Le système répond à des besoins et est soumis à des contraintes extérieures (environnement, technologique…) en relation avec les milieux extérieurs (eau, occupation humaine, géologie, aléas…)

Type Milieux extérieurs
environnement lié à l’eau - retenue ; environnement hydraulique amont

- nappe de coteaux ; nappes de fondation

- eau aval ; rivière ; environnement hydraulique aval

géologie du site - fondations ; appuis latéraux ; versants de la retenue
milieux à proximité de l’ouvrage - végétation

- faune (animaux fouisseurs, …)

- embâcles

- sédiments amont ; alluvions aval

météorologie - soleil ; UV ; température ; vent

- précipitations ; humidité

- glace ; froid ; cycles gel-dégel

activités de l’homme - ouvrages en amont ou aval : autres barrages, usine de production électrique, station de pompage, etc.

- villes et habitations en aval ; voies de communication

événements extérieurs exceptionnels - crues

- séismes

autres systèmes divers - l’homme : exploitant, usager, etc.

- normes, recommandations liées à la sécurité et aux règles de l’art

Milieux extérieurs aux barrages (Thèse L.PEYRAS)

Les interactions entre le système et son environnement sont représentées au moyen d’un Bloc diagramme Fonctionnel dans lequel nous distinguons les relations de contact (représentées par des segments droits) et de flux (représentées par des arcs).

Bloc-Fonctionnels.png Bloc diagramme Fonctionnel du système global (barrage) (Thèse L.PEYRAS)

Les fonctions des systèmes et contraintes selon NF X50-150 :

  • Fonctions de service : les fonctions essentielles pour lesquelles le système a été réalisé ;
  • Contraintes (« Caractéristique, effet ou disposition de conception qui est rendu obligatoire ou a été interdit pour quelque raison que ce soit » – Norme X50-150) et fonctions techniques(« Action demandée à un produit ou réalisée par lui, afin de satisfaire une partie du besoin d'un utilisateur donné » – Norme X50-150) qui traduisent la réaction du système face aux contraintes externes.

Les fonctions de service traduisent l’objet de l’action d’un système. Pour barrages, la retenue amont et l’environnement aval (rivière en aval, usine de production de production…) sont mis en relation à travers la structure de génie civil. Nous en déduisons les fonctions principales d’un barrage :

  • le barrage stocke l’eau de la retenue ;
  • le barrage assure le transit des crues ;
  • le barrage fournit de l’eau à l’usine de production.

Parmi ces fonctions, les deux premières intéressent directement la sécurité du barrage. Du fait que la défaillance de la fonction entraîne (le plus souvent) la rupture, la sécurité du barrage peut être ramenée à l’analyse d’une seule fonction principale : le barrage stocke l’eau de la retenue.

Les contraintes sont obtenues en examinant les milieux extérieurs en interaction avec l’ouvrage. Pour les barrages et à partir des milieux extérieurs mis en évidence, nous obtenons environ 50 contraintes. Le tableau ci-dessous donne celles liées à la retenue et aux événements extérieurs exceptionnels (crues et séismes).

Milieu extérieur Contrainte
retenue environnement hydraulique amont - résister à la poussée hydrostatique

- résister aux sollicitations hydromécaniques

- être étanche

- résister à l’action chimique de l’eau de la retenue

- résister au batillage

- évacuer les crues exceptionnelles

crues et séismes - résister aux sollicitations exceptionnelles

Extrait des contraintes des barrages


Liées à ces contraintes, les fonctions de résistance vont permettre d’assurer directement la stabilité du barrage face aux sollicitations extérieures :

  • Le barrage résiste à la poussée hydrostatique ;
  • le barrage résiste aux sollicitations hydromécaniques ;
  • le barrage résiste aux actions exceptionnelles : crues, séismes ;
  • le barrage résiste à diverses sollicitations : chimiques, batillage…

Nous pouvons regrouper ces fonctions de résistance dans une seule syntaxe : le barrage résiste aux sollicitations.

Analyse fonctionnelle interne

La première étape d’une analyse fonctionnelle interne est le choix de la granularité de l’étude pour laquelle nous distinguons trois niveaux :

  • la granularité supérieure correspondant au système dans sa globalité. Ce niveau de granularité considère les effets des défaillances sur la globalité de l’ouvrage ;
  • la granularité intermédiaire, qui découpe le système en composants distincts ;
  • la granularité inférieure, qui s’intéresse aux sous-composants et aux matériaux des composants de granularité intermédiaire.

Pour les barrages, nous souhaitons une description précise des mécanismes physiques s’opérant dans les structures permettant de prendre en compte :

  • les défaillances des différents composants constituant le barrage ;
  • les mécanismes de vieillissement à l’échelle des composants ;
  • les effets des défaillances des composants sur le système global.

Ainsi, pour obtenir une description fine des barrages et de leurs mécanismes de vieillissement, l’analyse fonctionnelle interne sera réalisée à la granularité intermédiaire, au niveau des composants.

Analyse structurelle

L’analyse structurelle permet de lister tous les composants constitutifs du système, de repérer leur position physique au sein de l’ouvrage et de déterminer les interactions avec les autres composants. Elle consiste à découper l’ouvrage, selon les limites données dans la définition, en composants ou sous-composants (ou matériaux).

Analyse-barrage-poids.jpg

Analyse structurelle d’un barrage poids en BCR


Composant Composition
1 Fondations Matériaux de fondation et voile d’injection
2 Dispositif de drainage en fondation Réseau de drains forés en fondation
3 Interface barrage-fondation -----
4 Corps du barrage Corps en BCR, avec parement amont en BCV
5 Dispositif d’évacuation des crues Déversoir, coursier et bassin de dissipation
6 Dispositif de vidange de fond et de prises d’eau Tour et vannes de prise, galerie de vidange conduites, vanne de vidange
7 Dispositif de drainage du corps du barrage Réseau de drains dans le corps du barrage, galeries de drainage (rive droite, rive gauche et partie centrale du corps du barrage)
8 Dispositif d’auscultation Dispositifs de mesures de déplacement-nivellement, pressions interstitielles et débits de fuite

Composants d’un barrage poids en BCR



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Références

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