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Justification de la stabilité des barrages-poids : pratiques actuelles

Luc DEROO (ISL)

Éditeur : Comité Français des Barrages et Réservoirs - CFBR - ISBN 979-10-96371-09-9

Colloque : Justification des barrages : état de l’art et perspectives - Chambéry, France
Année d’édition 2019

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Title : Gravity dams stability assessment : current practices

Résumé
Le calcul standard des barrages-poids postule un fonctionnement en corps rigide, et un schéma de rupture strictement amont-aval sur des plans horizontaux. Cela permet des calculs d’une grande simplicité. L’histoire a montré la robustesse de ces calculs et des critères associés : les ruptures sont peu nombreuses, surtout depuis que les barrages-poids sont construits en béton. Pourtant, cette évaluation de la stabilité des barrages-poids cache de nombreuses subtilités. André Coyne écrivait ainsi en 1958, « Il est bien plus raisonnable d’assurer la résistance d’un ouvrage plutôt par ses formes que par son poids […] pas de glissage ou de culbute possible […] ».
Ces subtilités sont bien connues, depuis longtemps, mais restent difficiles à toujours bien appréhender. On peut citer en particulier les trois questions suivantes :
–  Les ruptures passées se sont pour la plupart produites le long de surfaces de rupture différentes de celles utilisées dans le calcul standard. Le calcul standard est-il toujours bien adapté ?
–  Dans le calcul standard, le principal facteur d’incertitude réside dans l’évaluation des paramètres de résistance (cohésion, angle de frottement, voire résistance à la traction). Quelles sont les méthodes pour les évaluer au mieux ? Dans quelle mesure peut-on compter sur une résistance à la traction ?
–  Au séisme, la stabilité des barrages-poids est difficile à démontrer par le calcul. Le parc existant a pourtant bien résisté. Quelles sont les approches actuelles dans ce contexte ?
L’exposé présente la méthode recommandée par le CFBR pour la Justification des barrages-poids et montre que ces méthodes sont analogues à celles adoptées presque partout dans le monde. Pourtant, le retour d’expérience (des accidents, des non-accidents, des essais de laboratoire, des méthodes de calcul) montre bien les limites de cette méthode, très prudente pour beaucoup de barrages, mais peut-être pas assez pour d’autres.
Entre autres choses, ce panorama met en évidence le fait que le comportement des barrages-poids est loin d’être uniforme : la hauteur des barrages, la géologie de la fondation, l’orientation des joints, la nature des matériaux constitutifs (maçonnerie, béton, BCR) amènent des différences fondamentales, dont les justifications doivent tenir compte. L’application du calcul standard, référence incontournable, doit être accompagné d’une expertise sur sa mise en œuvre et ses résultats. Et, lorsqu’il s’agit d’explorer les marges de sécurité ultimes, il n’est probablement pas très bien adapté.
Le confortement des barrages poids avec des ancrages passifs ne fait pas actuellement consensus au sein de la profession sur la façon d’introduire leur apport dans les méthodes de calcul. Or, les ancrages passifs ont été utilisés, et sont encore utilisés sur de nombreux ouvrages : à l’interface barrage-fondation, dans le corps du barrage, entre structure en béton armé d’un évacuateur et béton du barrage pour des chargements statiques ou sismiques. L’article basé sur le retour d’expérience des auteurs propose de faire un tour d’horizon de quelques structures ayant déjà été confortées par ancrages passifs. Puis sur la base de données expérimentales et d’approche issues du monde académique (et en particulier des travaux de Pellet) une méthode innovante de prise en compte de l’apport des ancrages passifs est proposée dans le cadre de la démonstration de stabilité d’un barrage de type poids. Cette méthode semble particulièrement adaptée pour le confortement des barrages poids de taille modérée. Les interrogations/questionnements relatifs à la mise en œuvre de ce type de confortement sont discutés en fin d’article, l’objectif étant d’ouvrir la discussion afin de converger à terme vers un consensus au sein de la profession.

Abstract
The standard calculation of gravity dams considers a rigid-body analysis, and a strictly upstream-downstream failure surface on horizontal planes. This makes calculations very simple. History has shown the robustness of these calculations and the associated criteria : ruptures are rare, especially since gravity dams are built in concrete. However, this assessment of the stability of gravity dams hides many subtleties. André Coyne wrote in 1958, "It is much more reasonable to ensure the resistance of a structure by its shape rather than by its weight [...] impossible sliding or tilting [...]".
These subtleties have been well known for a long time, but are still difficult to entirely capture. In particular, the following three questions can be mentioned :
– Past failures have mostly occurred along failure surfaces different from those used in the standard calculation. Is the standard calculation always well adapted ?
– In the standard calculation, the main uncertainty factor is the evaluation of the resistance parameters (cohesion, angle of friction, or even tensile strength). What are the methods to best evaluate them ? To what extent can we count on a tensile strength ?
– In case of an earthquake, the stability of gravity dams is difficult to demonstrate by calculation. However, the existing fleet has held up well. What are the current approaches in this context ?
The paper presents the method recommended by the CFBR for the justification of gravity dams and shows that these methods are similar to those adopted almost everywhere in the world. However, the feedback from experience (accidents, non-accidents, laboratory tests, calculation methods) clearly shows the limits of this method, which is very conservative for many dams, but perhaps not enough for others.
Among other things, this panorama highlights the fact that the behaviour of gravity dams is far from uniform : the height of the dams, the geology of the foundation, the orientation of the joints, the nature of the constituent materials (masonry, concrete, RCC) lead to fundamental differences, which must be taken into account in the justification. The application of the standard calculation, an essential reference, must be accompanied by an expertise on its implementation and results. And when it comes to exploring ultimate safety margins, it is probably not very well suited.

Citation
DEROO. Justification de la stabilité des barrages-poids : pratiques actuelles. In Colloque Justification des barrages : Etat de l’art et Perspectives. Chambéry : CFBR - 27,28 novembre 2019. ISBN 979-10-96371-09-9. doi : 10.24346/cfbr_colloque2019_b11

Voir aussi : Colloque Justification des barrages : état de l’art et perspectives

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