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La poroplasticité et ses applications

Arc:

Le mécanisme de rupture des barrages poids, par pénétration de la sous-pression des eaux d'infiltration dans les fissures à leur pied amont, a été mis en évidence dès la fin du XIXème siècle par M. LEVY après l'accident du barrage de BOUZEY.

Barrage poids

Un mécanisme similaire a été identifié au pied des barrages voûtes depuis une trentaine d'années, avec des conséquences bien moins dramatiques puisque l'effet d'arc assure leur stabilité. Ceci a conduit à repenser la conception des voiles d'injection et de drainage de ces barrages.

La modélisation numérique des phénomènes couplés de fissuration (du rocher de fondation ou du béton de l'ouvrage) et de pénétration des sous-pressions, a été rendue possible grâce au modèle poroplastique dû à O. COUSSY (LCPC) et B. FAUCHET.

Ce modèle donne une représentation multiphasique du béton et de la roche, incorporant le développement des pressions interstitielles couplées avec la fissuration sous charge des matériaux. Cette méthode est particulièrement adaptée à l'analyse du comportement des barrages poids et des grands barrages voûtes, mais aussi à la tenue des excavations de tunnels profonds. Elle simule la fissuration des matériaux à travers le concept de porosité plastique: celle-ci quantifie l'augmentation irréversible de l'espace poreux connecté et est de fait une partie de la déformation volumique plastique. Les directions principales de la déformation plastique indiquent l'orientation de la fissuration. Le critère de fissuration du matériau est son critère de plasticité, qui fait intervenir les contraintes totales et la pression interstitielle. Enfin, les variations anisotropes de la perméabilité du matériau sont prises en considération en faisant dépendre le tenseur de perméabilité du tenseur des déformations plastiques.

Contact béton/rocher

La mise en œuvre de la poroplasticité est réalisée par le logiciel BETHY (BETon HYdraulique) qui utilise la méthode des éléments finis et a été développé à partir du logiciel existant GEFDYN. La validation de la méthode a été réalisée:

  • sur un barrage poids ancien sous-dimensionné, en 2 dimensions,
  • sur plusieurs barrages voûtes munis d'une auscultation piézométrique adéquate.

Analyse du barrage voûte de Laouzas

La méthode est maintenant en usage courant pour l'étude de barrages existants (KARIBA, Zimbabwe-Zambie) et pour les projets nouveaux (KATSE, Lesotho; XIAOWAN, Chine).