Comportement de conduites de gaz modèles enterrées et soumises à des charges de surface - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Behavior of modele gas pipe buried into a soil loaded in surface

Comportement de conduites de gaz modèles enterrées et soumises à des charges de surface

Résumé

In France, the supply of natural gas is mainly through imports from abroad via cross-border interconnections and LNG ports. The gas must then be transported to consumption points through a large network of pressurized pipelines, operated by GRTgaz.This type of network must interact with other civil and urban engineering structures (roads, railways, embankments, etc.), which impose additional stresses on the pipelines, which were sometimes not foreseen in the original design. These situations require the use of methods for calculating the soil-loading-pipeline interaction and understanding the behavior of the different media as finely as possible. The objective of this thesis is to ensure the integrity of the pipeline despite these additional stresses, while avoiding overestimating the need for expensive protection works.The behavior of these structures was studied through a campaign of 14 experimental tests carried out in a tank with a useful volume of 2m3, which allows for the study of model-scale pipelines under controlled conditions: the geometric dimensions are reduced while respecting the conditions of similarity on relevant parameters (material stiffness, applied forces, etc.). The pipelines are based on real structures used by GRTgaz, and several configurations can be studied (variations in pipe thickness, dimensions, and position of the surface load, etc.). The soil used is the NE34 Fontainebleau sand, a finely-graded siliceous sand, implemented dry and dense.The experimental procedure includes extensive instrumentation, using bi-directional strain gauges and internal displacement sensors for the pipelines, miniature total pressure sensors in the soil mass, and monitoring of the displacements/rotations of the loading plate.This combination of instrumentation and the possibility of case studies allows for the analysis of the behavior of the soil/pipeline system according to several metrics, allowing for precise documentation of the interaction between the pipelines, the supporting soil, and the surface load (location of maximum stresses and deformed shape of the pipeline, evolution of the stress state in the supporting soil, etc.); and then secondly, to conclude on the conservatism of the normative calculation models used in the industry, such as Fascicule 70 and RAMCES-steel (developed by GRTgaz), by proposing avenues for improvement. The experimental protocol developed in the context of this thesis also opens up new experimental possibilities, such as studying the effect of distribution slabs and the behavior of pressurized pipelines.Keywords: Physical modeling, similarity, soil-structure interaction, gas transportation pipelines.
En France, l’approvisionnement en gaz naturel se fait majoritairement par des importations de l’étranger à partir des interconnexions frontalières et des ports méthaniers. Le gaz doit ensuite être transporté jusqu’aux points de consommation par le biais d’un important réseau de conduites sous pression, opéré par GRTgaz.Ce type de réseau doit interagir avec d’autres structures de génie civil et urbain (routes, chemins de fer, remblais…), qui imposent des sollicitations supplémentaires aux canalisations, qui n’étaient parfois pas prévues dans la conception d’origine. Ces situations obligent d’être en possession de méthodes de calcul de l’interaction sol-chargement-canalisation, et de comprendre le plus finement possible le comportement des différents milieux. L’objectif de cette thèse est de s’assurer de l’intégrité de la canalisation malgré cet ajout de sollicitations, en évitant de surestimer le besoin en travaux de protection coûteux.Le comportement de ces ouvrages a été étudié par le biais d’une campagne expérimentale de 14 essais, réalisés dans une cuve d’un volume utile de 2m3, qui permet l’étude dans des conditions contrôlées de conduites à l’échelle modèle : les dimensions géométriques sont réduites tout en respectant les conditions de similitude sur les grandeurs pertinentes (raideurs des matériaux, forces appliquées...). Les conduites sont basées sur les ouvrages réels utilisés par GRTgaz, et plusieurs configurations peuvent être étudiées (variations de l’épaisseur de la conduite, dimensions et position de la charge de surface…). Le sol utilisé est le sable de Fontainebleau NE34, sable siliceux fin mal gradué, mis en œuvre sec et dense.La procédure expérimentale inclut une instrumentation poussée, par le biais de jauges de déformations bidirectionnelles et de capteurs de déplacements internes pour les conduites, de capteurs miniatures de pression totale dans le massif de sol, et un suivi des déplacements/rotations de la plaque de chargement.Cette combinaison d’instrumentation et de possibilité de cas d’études permet l’analyse du comportement du système sol/canalisation selon plusieurs métriques, permettant de documenter précisément l’interaction entre les conduites, le sol support et le chargement de surface (localisation des contraintes maximales et allure déformée de la canalisation, évolution de l’état de contrainte dans le sol support…) ; puis dans un second temps, de conclure sur le conservatisme des modèles de calcul normatifs employés dans l’industrie, tels que le Fascicule 70 et RAMCES-acier (développé par GRTgaz), en proposant des pistes d’amélioration. Le protocole expérimental développé dans le cadre de cette thèse ouvre également de nouvelles possibilités expérimentales, tel que l’étude de l’effet des dalles de répartition et du comportement des canalisations sous pression.Mots-clefs : Modélisation physique, similitude, interaction sol-structure, conduites de transport de gaz
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04217730 , version 1 (26-09-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04217730 , version 1

Citer

Antoine Mertz. Comportement de conduites de gaz modèles enterrées et soumises à des charges de surface. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2023. Français. ⟨NNT : 2023GRALI046⟩. ⟨tel-04217730⟩

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