Date : 1991
Type : Livre / Book
Type : Thèse / ThesisLangue / Language : français / French
Résumé / Abstract : Le comportement des barrages en béton et de leurs fondations est influencé par trois traits caractéristiques du comportement des matériaux constitutifs béton ou roche : leur risque de fissuration sous faible confinement, le rôle que jour la pression interstitielle au cours de leurs transformations, et leurs variations de perméabilité avec la fissuration. Le chapitre 1, à travers un historique des méthodes employées couramment en bureau d’études, met ces phénomènes en évidence. Ils peuvent mettre en cause la stabilité des barrages-poids, comme le montrent les méthodes simplifiées classiques, dont une analyse critique fait ici apparaitre qu’elles ne se placent pas forcément du côté de la sécurité. Dans le cas des barrages-voûtes, ces phénomènes influencent le comportement de l’ouvrage et de la fondation, surtout à proximité du contact béton/rocher. Une analyse précise de cette zone critique est nécessaire pour le positionnement optimal des organes de sécurité que sont le voile d’injection et le réseau de drainage. Afin de s’affranchir des hypothèses parfois trop simplificatrices qui sous-tendent les méthodes classiques, on propose d’analyser ces ouvrages à l’aide d’outils de la mécanique des milieux poreux récemment développés et présentés au chapitre 2. Dans le cadre d’une modélisation macroscopique continue, les variables d’état observables caractérisant les évolutions isothermes du matériau sont la déformation d’une part et l’apport volumique de masse fluide d’autre part. Le modèle poroélastique linéaire suppose une relation linéaire entre ces deux variables et les forces associées, contrainte totale et pression interstitielle. Les transformations irréversibles du matériau peuvent être modélisées dans le cadre de la poroplasticité par deux variables distinctes, la déformation plastique et la porosité plastique. Cette dernière quantifie la variation irréversible de porosité connectée. Les évolutions des variables plastiques sont alors décrites à travers la donnée d’un critère de plasticité et d’un potentiel plastique, fonctions de la contrainte totale et la pression interstitielle. Le cas des évolutions non isothermes est également présenté. Le chapitre 3 est consacré à l’application du modèle poroplastique au comportement du béton de masse des barrages. A l’échelle macroscopique à laquelle l’ingénieur définit l’unité de volume des structures, la porosité plastique modélise l’apparition de (micro)fissuration. Dans cet esprit, les directions principales de la déformation plastique indiquent l’orientation de cette fissuration. Le critère de plasticité et le potentiel plastique adoptés sont présentés, ainsi que le modèle prenant en compte les variations anisotropes de perméabilité consécutives à la fissuration. La mise en œuvre numérique du modèle est présentée au chapitre 4, ainsi que des tests montrant que, dans le cas d’un chargement monotone, les états transitoires influent peu sur le résultat asymptotique obtenu. Une première application pratique, concernant l’étude de l’efficacité d’injections entourant un tunnel hydraulique en charge, est également présentée. Les deux derniers chapitres sont consacrés à la justification de la méthode par comparaison de l’analyse poroplastique d’ouvrages existant avec leur comportement observé « in situ ». L’étude d’un barrage-poids sous-dimensionné prévoit un mode de rupture comparable à celui observé sur un ouvrage de conception similaire. Cette étude est complétée par une comparaison des résultats avec ceux donnés par les méthodes de dimensionnement traditionnelles. Enfin, l’analyse « en retour » d’une voûte au comportement particulier donne des résultats en bonne concordance qualitative et quantitative avec les mesures d’auscultation. L’influence de certains paramètres du modèle sur les résultats obtenus est également étudiée et interprétée. Les deux analyses présentées mettent en évidence le caractère prédictif du modèle, qui prend en compte les phénomènes majeurs à travers un minimum de paramètres, à la signification physique claire.
Résumé / Abstract : The behaviour of concrete dams and their foundations is strongly influenced by three main characteristics of the behaviour of the materials, concrete or rock : their possible cracking under low confinement, the key role played by pore pressure during their transformations, and the variations of their permeability with cracking. Chapter 1 highlights these phenomena through a historical review of the usual design methods. These effects can endanger the stability of gravity dams, as can be shown by simplified approaches, a critical analysis of which shows that they are not necessarily conservative. In the case of arch dams, these phenomena influence the behaviour of the dam and its fondation, especially in the vicinity of the rock/concrete contact. The optimal design of the grout curtain and the drainage system, which are security organs, entails an accurate assessment of this critical zone. To avoid the shortcomings usual methods are based upon, it is proposed to analyse theses structures with recently developed tools of porous media mechanics. They are presented in chapter 2. Within the framework of continuous macroscopic modelling, the observable state variables characterizing the isothermal evolutions of the material are the strain tensor and the volumic fluid mass supply. The linear poroelastic model assumes a linear relationship between these variables and the associated forces, the overall stress tensor and the pore pressure. Using poroplasticity, the irrecoverable transformations of the material can be modelled by two separate variables, the plastic strain tensor, and the plastic porosity which quantifies the irrecoverable variation of connected porosity. The evolutions of the plastic variables are describes through the definition of a yield criterion and a plastic potential, given as functions of the overall stress tensor and the pose pressure. The case of non-isothermal transformations is also presented. Chapter 3 is devoted to the poroplastic modelling of the behaviour of the mass concrete of dams. From the macroscopic engineering scale viewpoint, plastic porosity quantifies the (micro)cracking of the material. Lakewise, the eigen vectors of the plastic strain tensor give the orientation of craking. The adopted yield criterion and plastic potential are presented, as well as the model taking into account the anisotropic variations of permeability due to cracking. The numerial implementation of the poroplastic model is presented in chapter 4, as well as tests showing that, in the case of monotonic loadings, the transient states have a faint influence on the asymptotic result. An application concerning the study of the efficiency of rock groutings around a hydraulic tunnel under pressure is also presented. The last two chapters are devoted to the justification of the method by compraing poroplastic analysis of existing dam with their observed behaviour. The study of an undersized gravity dam predicts a failure mode in close agreement with the one observed using usual design methods. Finally, the back-analysis of an arch dam gives results that qualitatively and quantitatively comply with « in situ » measurements. The influence of some of the model parameters on the results obtained is also studied and explained. The two analysis prove that the model is capable of predicting the behaviour of concret dams and their foundations, taking into account the main phenomena through a limited number of physically clearly defined parameters.