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BulletinofEngineeringGeologyandtheEnvironmentSpringer-Verlag2004DOI10.1007/s10064-004-0242-9
Original Paper
Evaluation de lala sismique du barrage dAvne(Hrault
France)Assessment of seismic hazardsfor Avne Dam, Hrault,
FranceCorrineLacave()BernardCouturier()
C.LacaveRsonanceIngnieurs-ConseilsSA,21rueJacquesGrosselin,1227Carouge,Suisse
B.CouturierBRLIngnierieetcolenationalesuprieuredhydrauliqueetdemcaniquedeGrenoble,Laboratoire3S,BP53,France
C.LacavePhone:+41-22-3010253Fax:+41-22-3010270E-mail:[email protected]
B.CouturierFax:+33-476-877000E-mail:[email protected]
Received:28April2003/Accepted:24February2004
RsumCetexempledubarragedAvnedansledpartementdelHrault(France)concernela
caractrisationdelalasismiquepourunouvragedetypevotemincede61mdehauteurachev
en1961etreposantsurdesfondationsenquartzitestrsrigidesenbancsverticaux.
Aprsdfinitiondeszonessismo-tectoniques,onsappuiesurcellesdusismemaximal
historiquementvraisemblable(SMHV),puisdusismemajordescurit(SMS).Lecalculdes
spectresderponseatfaitpartirde8loisdattnuationspectralesmoyennespartirdeleur
importance(laloidAmbraseysetal,1996,estprpondrante).
Cettetuderaliseen1999sebasesurlutilisationdunspectrededimensionnementpour
contrler
sommairementlebarrageetdoittreconsidrecommetelle.Toutcontrledtaill
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ncessiteraitdeprocderdescalculspartirdesignauxtemporelsetprenantencompteladure
delvnement.
AbstractTheAvneDaminthedepartmentofFranceHraultillustrateshowseismichazards
werecharacterizedforathinarchdam,61mhigh,completedin1961,andbuiltonaveryrigid
quartziticsandstonefoundationformingverticallayers.Afterdefiningtheseismotectoniczoning,
theassessmentisbasedontheMaximumHistoricallyProbableEarthquake(SMHV),thenonthe
SafeMaximumEarthquake(SMS).
Traditionalmethodshavebeenupdatedthankstostateoftheartsystems.Usingseismotectonic
informationandavailablehistoricalandinstrumentalearthquakedata,earthquakemagnitudeand
depthvaluescanbeallocatedtotheretainedSMHV.TheSMSisthenobtainedbyaddinghalfa
degreetotheSMHV,whichcanbeconsideredtorepresentanadditionaldegreeinintensity.Earth
movementsonthesitestudiedarethendirectlycharacterizedinresponsespectrumsbasedon
spectralattenuationlawsandtheretainedSMSvalues.ThelocalSMSisoftendecisiveathigh
frequencies,thedistantearthquakeatlowfrequencies,ifeitheroneortheotherisnotpredominant
throughoutthewholefrequencyrangeofinterest.
TheearthquakehazardforAvneDamisthereforeasfollows.Forthenearbyearthquake(SMS),
thereferenceistheeventof16May1939,withanintensityofVIattheepicentre,adepthof
15km,andamagnitudeof4.9.TheSMSofthesameearthquakeontheAvneDamsite(1km
away)isconsideredtobe5.4.Thedistantearthquaketakenintoaccount(SMSintensity=VII
VIII)mustbeonethatwouldaffectthefurthestpartofthezonenearesttoAvne,i.e.approximately
50kmaway.Consideringthe(extremelyblurred)relationbetweenepicentralintensityI0and
magnitudeM,(h=depthinkm),M=0.55I0+logh+0.35,theapproximatemagnitudeofthis
earthquakeis5.6.Theresponsespectrumswerecalculatedusing8spectralattenuationlaws.
Theselaws,exceptforthoseofDahleetal.andPetrovski,applicabletoallsitesingeneral,
enablethegroundtype(rockinthiscase)tobedefined.Inordernottoincreasethesafetymargin
undulybycumulatingmargins,themeanvaluesobtainedforeachlawwereretained.Lastly,the
spectralaccelerationsobtainedwiththedifferentlawswereaveraged.Consideringthatthelawof
Ambraseysetal.isthemostrecentandisbasedonthegreatestnumberofdatafromEuropeand
theMiddleEast,itwasweightedby3inthesecalculations.Alltheotherlawswereweightedby
1.
Thenearbyearthquakemagnitudeisthus5.4atadistanceof1kmandadepthof15km.Figure5
showsthespectralaccelerationsobtainedwiththeabove-mentionedattenuationlaws.Theyare
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elasticspectrumsat5%damping.Itcanbeseenthatthereisahighamountofvariationinthe
results,whichistypical,especiallyforthenearfield.Therearetworeasonsforthisvariation.First,
somelawstakethedistancefromtheepicentreintoaccount(here1km)whileothersarebased
onthehypocentre(here,15km).Second,thevariabilityoftheaccelerationsinthenearfieldis
high(forthesamemagnitudesanddistances),andtheattenuationlawsarebasedonalimited
numberofdataforthenearfield,hencegreateruncertaintyconcerningshortepicentraldistances.
Forthedistantearthquake(SMS=VII-VIII,distance50km),themagnituderetainedwas5.6at
adistanceof50kmfromAvneDamandtoadepthof13km.Thisstudywascarriedoutin1999
usingacalibrationspectrumto
brieflycheckthedamanditisimportanttorememberthis.For
morepreciseinspection,itwouldbenecessarytoperformcalculationsbasedontemporalsignals
takingintoaccountthedurationoftheevent.
Motscls:BarrageSismeLoisdattnuationSpectresderponse
Keywords:DamsSeismEarthquakeAttenuationlawsResponsespectrum
IntroductionLexempledcriticisinscritdanslecadredelamisejourduPlanParticulierdIntervention,en
applicationdudcret92-997du15septembre1992,pourlecasdubarragedAvneafindedfinir
lalasismiqueleconcernant(voirfigure1).Celui-ciestsitudanslahautevalledelOrb25km
auNordde
Bdarieux.Ilconstituelunedespicesmatressesdelamnagementhydrauliquedu
dpartementdelHrault,avecunepossibilitdestockagede34,3hm3.
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Fig.1:BarragedAvneAvneDam
Cetteretenue,destineprincipalementlirrigation,estsolliciteaujourdhuipoursatisfaire
desbesoinsmultiplestelsqueproductiondlectricit,deaupotable,ventuellementsoutien
dtiage,etc.Lesprincipalescaractristiquesdubarrage,misenserviceen1962,sontrsumes
dansletableau1(Cheylan,1965)
[Tableau1willappearhere.Seeendofdocument.]
Objectif de
ltudeLobjectifestdedfinirlalasismiqueausitedubarragedAvneafindepermettreune
apprciationgnraledesoncomportementsismique.SelonlezonagesismiquedelaFranceen
vigueur(Despeyroux,Godefroy,1986),cesitesetrouveenzone0,desismicitditengligeable
pourlesrisquesnormaux.Ilfautcependanttenircomptedelalasismiquepourlesrisques
spciaux,mmeenzone0.
MthodologieLamthodologiemiseenoeuvreestunevariantemodernisedelapprochepragmatique,dite
classique,quiest,danssonprincipe,appliquetouslescasdinstallationsrisquespcial
(installationsnuclaires,barrages,installationschimiquesclasses)enFrance(Faure,Ferrieux,
Levret,Mohammadioun,1982).Ellesebaseenpremierlieusurlasismicithistorique.Dansun
premiertemps,ilconvientdedfinirdeszonesouprovincessismotectoniquessupposes
homognesdupointdevuedeleursismicit.Cettedfinitiondoittenircomptedesdonnes
gologiques(cadretectonique,contextegodynamiqueactuel)etsismiques(sismicithistorique
etinstrumentale).Lalacalculpourunsitedonndpendrafortementdesrsultatsdecettetape.
Dansundeuximetemps,lesismemaximalhistoriquementvraisemblable(SMHV)est
dfinidelafaonsuivante(voirfigure2):
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Fig.2:IllustrationdeladfinitionduSMHVpartirdelaconnaissancedesplusgrandssismeshistoriques
(daprsFaure,Ferrieux,Levret,Mohammadioun.,1982)
-Dunepart,danslazonesismotectoniquelaquelleappartientlesite,lesismemaximal
connuestconsidrcommepouvantseproduiresouslesitemme,saufsilonpeutjustifiersa
liaisonavecunaccidentsismogneprcis.LintensitduSMHVsurlesiteestalorsgale
lintensitpicentraledusismeainsidplac.
-Dautrepart,dansundomainevoisinousurunaccidentsismogne,onconsidrelesisme
maximalcommepouvantseproduireaupointdudomaineoudelaccidentleplusprochedu
site;lintensitduSMHVsurlesiteenquestionseracalculecomptetenudeladistancefictive
ainsidtermine.
LesSMHVquiprovoquentleseffetslesplusimportantssurlesiteenquestionsontdterminants.
Enrglegnrale,ilyalieuderetenirdeuxSMHV,unlocal(laverticaledusiteousurunefaille
activetrsproche)etunlointain(unSMHVplusviolent,maisplusloigndusite).Finalement,
afindobtenirlessismesmajorsdescurit(SMS),lesSMHVsontmajorsdundegrsur
lchelledintensitpourautantquecettemajorationsemblecompatibleaveclecontexte
sismotectoniqueenquestion.
Lapprocheclassiquetravailledoncdabordenintensitetdfinitensuite,basesurcelle-ci
ainsiquelescaractristiquesgotectoniquesdusite,unspectrederponseforfaitaire.Cesten
effetunspectrederponsequiestutiliscommebasedecalculparlesingnieursdestructures.
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Ltatdelartactuelpermetunemodernisationduprocdclassique.Surlabasedes
connaissancessismotectoniquesetdesdonnesdisponiblessurlessismicitshistoriqueet
instrumentale,desvaleursdemagnitudeetdeprofondeurpeuventtreattribuesauxSMHV
retenus.OnpasseduSMHVauSMSenmajorantlamagnitudedundemi-degr,cequipeuttre
considrcommequivalentlamajorationdundegrenintensit.Lesmouvementsdusolau
siteenquestionsontensuitecaractrissdirectementpardesspectresderponsecalculspartir
deloisdattnuationspectralesetdesSMSretenus.CestsouventleSMSlocalquiestdterminant
enhautesfrquences,etlesismelointainenbassesfrquences,sicenestpaslundesdeuxqui
dominedanstoutelagammedesfrquencesdintrts.
Ilfautnanmoinssoulignerquecettemajorationnestpasspcifiquementdemandeparle
ComitTechniquePermanentdesBarragesauquelsontsoumislesPPI.EnFrancecertainsbarrages
onttcontrlsenprenantleSMHVseulcommesismederfrence.
Dtermination des mouvements du sol
Cadre sismotectonique
DaprslacartedesunitssismotectoniquesdelaFrancemtropolitaine(Bles,Bour,Dominique,
Godefroy,Martin,Terrier,1998),dontunextraitestdonnsurlafigure3,lebarragedAvnese
trouvedansledomainesismotectoniqueD12:DomaineSudduMassifCentral.Lesismede
rfrencecaractrisantcetteunitestceluidu16mai1939,dintensitpicentraleVI,deprofondeur
15km,etdemagnitude4.9.Cetteunitestcaractriseparunedformationdetype
normale-dcrochante.
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Fig.3:ExtraitdelacartedesunitssismotectoniquesdelaFranceMtropolitaine(daprsBles,Bour,
Dominique,Godefroy,Martin,Terrier,1998)
Encequiconcernelesismelointain,cestlunitsismo-tectoniqueD24:Bas-Languedoc
occidentalquiestdterminante.Elleestcaractriseparlesismederfrencedu28juin1950,
dintensitpicentraleVI-VII,deprofondeur13kmetdemagnitude5.0.Lafigure4montreun
extraitdelasismicithistoriquedanslargionconsidre(source:catalogueSIRENE).
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Fig.4:Sismicithistorique(source:SIRENE)danslargiondubarragedAvne;lessismesdintensit
suprieureVInesontpaslocalissdanslunitsismotectoniqueD12
Dtermination des SMHV et SMS
SelonlacartetabliedanslecadreduZonageSismiquedelaFranceMtropolitainepour
lapplicationdesRglesParasismiquesauxInstallationsClasses(BRGM,1998),lesitedAvne
estclasscommesuit:
Sismeproche(SMS:SismeMajordeScurit):Lesismederfrencecaractrisantlunit
D12estceluidu16mai1939,dintensitpicentraleVI,deprofondeur15km,etde
magnitude4.9.IlseraconsidrcommeseproduisantausitedubarragedAvne(distance
1km),avecunemagnitudeSMSde5.4.
Sismelointain:LesismelointainprendreencomptepourlesitedubarragedAvne(intensit
SMS=VIIVIII)doittreconsidrcommepouvantseproduireenlimitedelazoneD24la
plusprochedAvne,cestdireunedistanceapproximativede50km.Comptetenudela
relationtrsfloueentreintensitpicentraleI0etmagnitudeM(h:profondeurenkm),M
=0.55I0+logh+0.35(Karnik,1969),lamagnitudeapproximativedecesismeestde5.6.
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Calcul des spectres de rponse
Desspectresderponseenacclrationonttcalculslaidedesloisdattnuationspectrales
suivantesdansletableau2.Cesloispermettentdeprciserlanaturedusol(rocheenloccurrence)
lexceptiondesloisdeDahleetal.etdePetrovski,valablespourtoussitesconfondus.Afin
denepascumulerlesmargesdescurit,lesvaleursmoyennesonttretenuespourchaqueloi
applique.
[Tableau2willappearhere.Seeendofdocument.]
Lesacclrationsspectralesobtenuesparlesdiffrentesloisontfinalementtmoyennes.
EtantdonnquelaloidAmbraseys(AmbraseyN.N.,SimpsonK.A.,BommerJ.J.,1996),estla
plusrcente,basesurleplusgrandnombrededonnesdEuropeetduMoyenOrient,unpoids
de3luiatattribulorsducalculdelamoyenne;unpoidsde1atutilispourtouteslesautres
lois.Lesismeprocheestunsismedemagnitude5.4,unedistancede1km,etuneprofondeur
de15km.Lafigure5montrelesacclrationsspectralesissuesdesloisdattnuationmentionnes
ci-dessus.Ilsagitdespectreslastiquespour5%damortissement.Unelargevariationparmiles
rsultatsestvisible,cequiesttypiquetoutparticulirementpourlechampproche.Cettevariation
sexpliquepardeuxraisons.Dunepart,certainesloisprennentenconsidrationladistance
picentre(ici1km)tandisquedautressebasentsurladistancehypocentrale(ici15km).Dautre
part,onobserveunegrandevariabilitdacclrationsenchampproche(magnitudeetdistance
gale),etlenombrededonnesenchampprochesurlesquellessebasentlesloisdattnuation
esttoujourstrslimit,douneincertitudeaccruepourlesfaiblesdistancespicentrales.
Fig.5:Acclrationsspectrales(amortissement:5%)pourleSMSlocal,enfonctiondelapriodeT
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Pourlesismelointain(SMSI=VII-VIII,distance50km),unsismedemagnitude5.6une
distancede50kmdubarragedAvne,etuneprofondeurde13km,atretenu.Etantdonn
lestrsfaiblesacclrationsobtenues,encomparaisonaveclesismeproche,lesrsultatsdu
sismelointainnesontpasreportssurlesfiguresci-dessus.
Lamoyennedesacclrationsspectralespourlesismeproche,ainsiquelespectrelastique
propossontprsentssurlafigure6.Encomparaison,lafigure6montreaussilespectredes
recommandationsAFPS1990pourunsiterocheux(dnommtypeS0),avecuneacclration
ditenominalede1.5m/s2.Lespectrelastiquepropos,enm/s2,estdfiniparlesquations
suivantes(T:priodepropre):
Fig.6:Acclrationsspectralesmoyennes(traitpointill)etspectrelastiquededimensionnementpropos
pourleSMSlocal(traitplein)(amortissement:5%).Lacourbeentiretscorrespondlaformespectrale
normalisedelAFPS,pourcomparaison
T
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ConclusiontantdonnqueleSMSlointaindonnelieudesacclrationsspectralestrsfaiblesparrapport
ausismelocal,ilsuffitdeconsidrerunseulsismededimensionnementleSMSlocal,dune
magnitudede5.4.Lespectrederponsequienrsulteestreprsentsurlafigure6;lintensit
SMScorrespondantesurlesiteestdeI=VII.Lespectrelastiqueproposestcaractrisparun
plateaurelativementhautefrquence,3.6m/s2,tandisquesoncontenubassefrquenceest
relativementfaible.
Laprsentetude,raliseen1999,sebaseuniquementsurlutilisationdunspectrede
dimensionnement,pouruncontrlesommairedubarrage.Danslecasduncontrledtailldu
comportementsismiqueilestrecommanddeprocderdescalculspartirdesignauxtemporels.
Cecia,entreautres,lavantagedeprendreencomptegalementladuredelvnement.Pourse
faire,ilestdoncncessairedefournirdessignauxtemporels.Deuxvariantessontpossiblespour
cela:
-Crerdessismogrammessynthtiquessuivantlespectrededimensionnementpropos.Cette
mthodealedsavantagedeproduiredessignauxirralistesdupointdevuecontenufrquentiel,
carunseulsismerelnecouvre,engnral,paslatotalitduspectrededimensionnement.
-Lamthodequiestdoncdeplusenplusfrquemmentadopteconsisterechercherdes
enregistrementsrelsdesismes,danslesbasesdedonnesappropries.Ilconvient,dansce
cas,detrouverplusieursenregistrements,couvrantchacununeportionduspectrede
dimensionnement,afinquensembleilscouvrenttoutelagammedefrquencesconsidre.
Typiquement,35enregistrementssontncessaires.
BibliographieAFPS(1990)RecommandationsAFPS90,tome1,PressesPontsetChausses,ParisAmbraseyNN,SimpsonKA,BommerJJ(1996)PredictionofHorizontalResponseSpectrainEurope,EarthquakeEngineeringandStructuralDynamics,Vol.25,371400BlesJL,BourM,DominiqueP,GodefroyP,MartinC,TerrierM(1998)ZonagesismiquedelaFrancemtropolitainepourlapplicationdesrglesparasismiquesauxinstallationsclasses,DocumentsduBRGM279CheylanG(1965)LestudesgologiquesdesamnagementshydrauliquesdelaCompagniedAmnagementduBas-RhneLanguedocMmoiredelUniversitdeGrenoble,p343DahleA,BungumH,KvammeLB(1990)AttenuationModelsInferredfromIntraplateEarthquakeRecordings,EarthquakeEngineeringandStructuralDynamics,Vol.19,11251141DespeyrouxJ,GodefroyP(1986)pourlaDlgationauxRisquesMajeurs,NouveauZonageSismiquedelaFrance(1985),LaDocumentationFranaise
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FaureJ,FerrieuxH,LevretA,MohammadiounB(1982)Lvaluationdurisquesismiquepourlasretdesinstallationsnuclaires,SminaireAIEA,VienneKarnikV(1971)SeismicityoftheEuropeanarea,R.ReidelPublishingCompany,Dordrecht,Holland,Part1(1969)andPart2PetrovskiD(1986)Probabilisticapproachforevaluationofseismicdesignparameters,earthquakegroundmotionandantiseismicevaluationofnuclearpowerplants,Proc.ofAIEATechnicalCommittee
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Tableau1Caractristiq
uesd
ubarra
ge
12500ha
Superficiedubassin
versant:
110hm
3Apportsmoyensa
nnuels:
1100m
3 /sCruemaxim
ale:
195ha
Aire
delaretenue:
34,3hm
3Ca
pacitdelaretenue:
Quartz
itese
tschistesquartz
eux[14]
Terra
ins:
Failleprincipaleenthalweg,danslesensdelavalle
Tectonique:
Versantrivedroite
Consolidationduterra
inparinjections:
Voiledin
jectionde11000m2.
tanchit:
Fo
ndationetsu
bstra
tumavec87drains.
Drainage:
Fo
ndationetsu
bstra
tumavec20pizomtres.
Pizom
trie
:
Votemincede105mderayon(Photo1)
Typedouvrage:
61,75m
Hauteurmaxim
umau-dessusdelafo
ndation:
2,60m
paisseurlaclefaucouronnement:
240m
Longueurencrte(culesc
omprise
s):
50000m
3Volum
edebtonvote
:
975m
3 /sv
acuateurdecrues:
13
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Tableau2Loisd
attnuation
Gam
mededistance[k
m]
Gam
medemagnitude
Rfrence