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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
- Une phase de radoucissement possible au-delà de la
résistance maximale, plus ou moins marqué en fonction du
couple densité du matériau – contrainte de confinement.
- Un comportement ultime en grandes déformations
représentant l’état critique.
- Un comportement volumique contractant ou dilatant en
fonction de la densité du matériau et de l’état de contrainte.
- Un comportement volumique contractant significatif pour
le matériau de faible densité, représentant des enrochements
peu compactés ou non compactés, comme la plupart des
CFRD construits au milieu du XX° siècle en France.
- Un mécanisme isotrope produisant les déformations
volumiques induites par la charge hydrostatique, qui
pourrait simuler la rupture des enrochements dans les
grands CFRD.
3 HYPOTHÈSES DE MODÉLISATION
Afin de mieux comprendre les mécanismes de dégradation
observés sur les grands CFRD, la modélisation 3D avec le code
FLAC 3D de la construction et de la mise en eau du barrage de
Mohale (Afrique du Sud) est prise en exemple.
3.1
Géométrie de la vallée
La prise en compte de l’impact de la forme de la vallée justifie
le modèle 3D qui contient 29 874 mailles (Figure 1). Le
maillage a été réalisé par le projet de recherche ECHO. Le
modèle est séparé en 7 groupes distinguant les matériaux
utilisés sur la partie amont ou aval: 3B (amont) ; 3C ; 3C1; 3C2
(aval) ; masque ; fondation, dans l’ordre des phases de
construction. Cette distinction permet à tout moment de changer
les caractéristiques des matériaux ou les phases de construction.
3.2
Discontinuités cinématiques
Les discontinuités du mouvement entre le remblai et sa
fondation et le remblai et le masque sont prises en compte par
des joints aptes à glisser ou s’ouvrir en vue de les reproduire.
3.3
Historique de construction
L’histoire du barrage doit être ensuite soigneusement
reproduite. La construction du barrage est réalisée en 69
phases : la montée du remblai en 41 phases et le bétonnage du
masque en 28 phases. La mise en eau est faite en 28 étapes
Figure 1. Géométrie du modèle présentant les différents groupes
3.4
Choix de la loi de comportement
Le comportement ductile des enrochements nécessite une loi de
comportement adaptée. La loi L&K-Enroch est implantée dans
le logiciel FLAC 3D.
3.5
Calage des paramètres
Peu de résultats expérimentaux (triaxiaux ou œdométriques)
sont disponibles sur le matériau du barrage de Mohale pour
identifier les paramètres de modèle. Le calage est fait en
plusieurs étapes. Tout d’abord, il s’appuie sur le matériau
« basalte de San Francisco (granulométrie No.2) » dont les
propriétés sont voisines et accessibles. Les deux matériaux sont
similaires au niveau de la géologie, du poids volumique, de
l’indice des vides et de la forme des grains. Mais la dimension
du matériau 3C du barrage de Mohale (d
50
>25 mm) est plus
grande que celle du Basalte San Francisco (d
60
=19,8 mm).
Suite à un premier calcul, les déplacements apparaissent
largement sous-estimés par rapport aux valeurs mesurées. Un
ajustement sur les résultats d’auscultation est inévitable. Il
concerne deux paramètres (Figure 2) : le module de Young (E)
et la pression de consolidation initiale (P
co
). Une fois que la
pression moyenne dépasse la pression critique qui a un sens de
pression de rupture plus que de pression de consolidation,
l’indice des vides diminue rapidement et le module
œdométrique se trouve fortement diminué.
Figure 2. Module de déformation fonction de la contrainte verticale (à
gauche : granulométrie serrée (3C) ; à droite : granulométrie étalée (3B),
d’après Marulanda, 2009).
La pression critique est la pression isotrope en deçà de
laquelle, la dilatance est visible et au delà de laquelle, il y a une
forte hausse de la compressibilité par rupture des blocs. Elle est
fixée au point de changement brutal du module vertical. Les
valeurs ajustées pour le matériau amont (3B) et le matériau aval
(3C) sont présentées dans le Tableau 1.
Tableau 1. Paramètres ajustés pour le modèle L&K-Enroch
Matériau
3B
3C
Module d’Young E (MPa)
35,2
22,5
Pression critique P
co
(MPa)
0,8
0,2
4 INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
4.1
Intérêt de la loi de comportement L&K-Enroch
La comparaison avec le modèle de Mohr-Coulomb, calé avec la
méthode de Barton et Kjaernsli (1981) et les mesures
expérimentales pour le module de Young (Chen, 2012), montre
que si ce dernier reproduit les tassements mesurés in-situ en
phase de construction de manière satisfaisante, en ignorant
l’impact de la pression hydrostatique sur le comportement de
l’enrochement, il n’arrive pas à simuler correctement le
comportement de l’ouvrage en phase de mise en eau. Il tend à
sous-estimer l’influence de la Zone 3C en aval sur le
comportement global du barrage et ne permet pas de simuler le
déplacement en travers de la vallée. Le modèle L&K-Enroch
intègre une surface de charge isotrope prenant en compte
l’influence de la pression hydrostatique sur le comportement de
l’enrochement. La surface de charge isotrope du modèle L&K-
Enroch s’exprime avec le premier invariant de contrainte I
1
par :
(1)
c
c
i
p I p f
3
) ;(
1
où p
c
est définie par l’équation 2.
(2)
Dans laquelle, p
c
désigne la
pression
critique,
v
p
,
la
déformation volumique plastique, p
co
et β sont des paramètres
du modèle. Ce mécanisme isotrope a un impact important sur
p
v
ep p
c
c
.
0
.
