Analyse numérique du comportement sismique d'un barrage en enrochement avec un noyau en béton bitumineux

Depuis un demi-siècle, un nouveau type de barrage est développé. Sa nouveauté réside en l'utilisation d'un noyau en béton bitumineux (d'une largeur d'environ 1 m) supporté par un matériau granulaire compacté, puis de l'enrochement, au lieu d'utiliser un matériau imperméable classique tel que l'argile. On compte 90 barrages de ce type, que l'on appelle barrage en enrochement avec un noyau en noyau bitumineux (en anglais « asphalt core rockfill dam », donc ACRD), qui sont déjà en opération et 45 qui sont actuellement en train d'être conçus ou construits. Le mince noyau en béton bitumineux est complètement imperméable, flexible et capable de refermer des fissures qui surviendraient, jusqu'à une certaine limite, donnant, de manière globale, au barrage un comportement satisfaisant durant sa construction, pendant le remplissage du réservoir et durant un tremblement de terre. De plus, le noyau en béton bitumineux permet de continuer les opérations de construction même durant de mauvaises conditions climatiques telles que la pluie, mais aussi de construire un barrage à des endroits où le matériau imperméable se trouve dans des quantités, ou en qualités, insuffisantes. La plus part des ACRD se trouvent en Europe et en Chine où ils sont populaires. Seulement un de ces barrages a été construit en Amérique du Sud et deux en Amérique du Nord. Le but principal de ce travail est de présenter l'évaluation du comportement sismique d'un ACRD représentatif basée sur l'analyse numérique dynamique en utilisant un modèle hyperbolique basé sur le modèle Duncan et Chang (1970) pour modéliser le comportement des matériaux granulaires et l'enrochement, et en prenant en compte l'amortissement hystérétique. Les analyses ont été réalisées à l'aide du logiciel PLAXIS 2D 2011.02 et prennent en considération les effets induits par le remplissage du réservoir. L'analyse sismique se base sur des tremblements de terre typiques et extrêmes des côtes est et ouest du continent nord-américain. Une attention particulière a été portée sur les déformations subies par le noyau. Les résultats de cette analyse ont été comparés aux résultats trouvés par la méthode pseudostatique et par la méthode des déplacements permanents.

Abstract

Since half a century, a new kind of dam has been developed. This new type of dam uses a thin core asphalt concrete (about 1 m thick) instead of a traditional low-permeable material, such as clay, supported by compacted granular materials and then rockfill. These dams are called asphalt core rockfill dams (ACRD). There are currently 90 ACRD's in operation around the world and nearly 45 of these dams are being designed or are under construction. The thin asphalt concrete core is completely impermeable, flexible and capable of self-healing if fissured (to a certain degree). Thanks to these characteristics, the general comportment of an ACRD during its construction, reservoir filling and seismic loading is quite satisfactory. In addition, it allows for the construction of the dam under poor climatic conditions, such as rain, and in an area where the quality or the quantity of impervious materials are limited. Most of ACRDs can be found in Europe and in China. There is only one ACRD in South America and two in North America. The main goal of this study it is to evaluate the seismic performance of a representative ACRD by means of dynamic numerical analysis using a hyperbolic stress-strain model based on Duncan and Chang (1970) for simulate the granular and rockfill materials and takes into consideration hysteretic damping and shear modulus reduction during the dynamic analysis. The analysis was conducted using PLAXIS 2011.02 2D and considered the effect of reservoir filling and dynamic loading based on typical and extreme earthquakes on the east and west coasts of North America. Special attention was given to the deformation of the asphaltic core. This analysis was compared to the results of traditional seismic analysis as the pseudostatic method and the permanent displacements method.