Éléments et lois de comportement pour la modélisation des non-linéarités structurelles d’un barrage

par E. Robbe, EDF / CIH et K. Kazymyrenko, J. Laverne, V. Guyonvarh, EDF R&D / AMA

De par sa conception, un barrage en béton présente des discontinuités qui peuvent être sollicitées lors de la vie de l’ouvrage :

• le contact entre le barrage et sa fondation,
• les joints de plots verticaux réalisés lors de la construction pour limiter la fissuration pendant le retrait du béton,
• ou même les reprises de bétonnage horizontales correspondant aux différentes ‘coulées’ successives de béton.

Ces interfaces sont autant de lieu où vont se développer de façon préférentielle des non-linéarités modifiant alors significativement le comportement de l’ouvrage sous l’effet de la poussée de l’eau, des variations thermiques et même du séisme.

Figure 1 : construction ’par plot’ d’un barrage voûte

Depuis plusieurs années, Code_Aster dispose d’éléments-joints (3D_JOINT en mécanique pure, 3D_JOINT_HYME avec couplage hydro-méca) qui font l’objet d’améliorations régulières. Associés à des lois de comportement spécifiques (JOINT_MECA_RUPT pour un comportement unilatéral en traction-compression, JOINT_MECA_FROT pour un comportement de type Mohr-Coulomb), ils permettent de modéliser convenablement les interfaces avec des temps de calcul performants.

Figure 2 : modélisation d’un barrage (fondation, plots, culée en rive droite)

Une attention particulière a été apportée au développement de modules de comportement spécifiques pour l’analyse mécanique des barrages. On peut citer :

• La prise en compte de sous-pressions sous le barrage par un calcul couplé hydro-mécanique : l’ouverture d’un joint est accentuée par la pression d’eau se propageant dans la fissure ;

• La possibilité d’effectuer l’opération de clavage de l’ouvrage (étape consistant à injecter un coulis de béton dans les joints de plots verticaux du barrage pour lui donner son monolithisme) ;

• Et dernièrement la possibilité de modéliser des sciages : de telles opérations peuvent être envisagées, par exemple, pour réduire l’état de contrainte de barrages atteints de pathologie de gonflement des bétons.

Figure 3 : ouverture des joints et pressions dans les joints sous chargement hydrostatique