Nouvelles techniques et outils pour les études de stabilité au glissement des barrages-poids incluant les effets de la rugosité des surfaces des fondations

«RÉSUMÉ:L’amélioration des méthodes d’évaluation de la stabilité des barrages-poids demeure un sujet majeur de recherche en ingénierie civil depuis plusieurs décennies. Les interfaces barrage-fondation sont généralement considérées comme des plans de faiblesse où la rupture peut être déclenchée par différents types de charges, telles que la poussée des glaces, les crues et les séismes. Cette thèse expose les avancées et les travaux pour mener une investigation originale et détaillée des effets de la rugosité des interfaces barrage-fondation de grande échelle sur leur résistance au cisaillement. Ce travail a aussi permis la proposition de divers outils et techniques novatrices pour inclure les effets de la rugosité des fondations rocheuses dans les analyses de stabilité de barrages-poids. Pour se faire, des relevés bathymétriques et de LiDAR ont été menés sur les surfaces de fondations rocheuses existantes à proximité des sites de barrages en béton. Ces relevés ont permis d’obtenir des géométries réalistes d’interfaces barrage-rocher avec des degrés de rugosité différents. Les profils rocheux extraits ont été incorporés dans des modèles d’éléments finis non linéaires afin d’analyser la stabilité de barrages-poids de différentes tailles. L’analyse détaillée de la réponse non linéaire des interfaces barrage-fondation a été réalisée en considérant des paramètres tels que l’angle de friction limite, le facteur de sécurité au glissement, l’angle de dilatance, les ouvertures au niveau de l’interface béton-rocher, les déplacements dans les barrages et les contraintes de cisaillement. Cette recherche démontre notamment que la rugosité globale le long des interfaces barrage-rocher améliore considérablement la résistance au cisaillement. De plus, la présence de clés de cisaillement naturelles à l’interface barrage-fondation peut améliorer Considérablement la stabilité au glissement des barrages-poids. Cependant, cet effet est sensible à la fois à la taille du barrage et aux propriétés mécaniques de la roche. Il est intéressant de noter que l’impact des paramètres de résistance de la fondation rocheuse devient plus important lorsque l’interface barrage-fondation présente des clés de cisaillement naturelles prédominantes. Cette thèse présente une approche progressive qui permet d’évaluer les caractéristiques de la rugosité des interfaces barrage-rocher à grande échelle et d’intégrer leurs effets dans des analyses pratiques de stabilité des barrages. L’approche implique une série de trois étapes d’analyse à complexité ascendante : (i) la méthode gravitaire (MG); (ii) la méthode des éléments finis (MEF) avec une interface horizontale simplifiée ; et (iii) la MEF modélisant une géométrie détaillée des aspérités. Dans les deux premières étapes de l’approche, la géométrie des fondations rocheuses est simplifiée puis de la cohésion et des angles de frictions apparents sont introduits. Ces paramètres sont évalués sur la base d’un critère de résistance au cisaillement non linéaire proposé, ainsi qu’un coefficient de rugosité d’interface (Interface Roughness Coefficient - IRC) qui caractérise la rugo-sité de l’ensemble de l’interface barrage-rocher. Dans ce projet, l’IRC est définit numériquement à l’aide de modèles d’éléments finis. L’approche progressive est aussi illustrée avec des exemples de divers systèmes barrage-fondation typiques et de profils rocheux provenant des relevés topographiques. Les résultats démontrent que l’impact de la rugosité des fondations rocheuses sur la stabilité au glissement du barrage peut être efficacement considéré en utilisant des angles de friction et cohésion apparents. La simplicité et l’efficacité de l’approche proposée favoriseraient son adoption par les ingénieurs praticiens.»