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Modélisation du comportement au séisme des remblais saturés avec Code-Aster


Philippe KOLMAYER, Astrid MONDOLONI (EDF CIH), Marc KHAM, Vinicius ALVES FERNANDES (EDF R&D)

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 : Modelling the seismic behaviour of saturated embankment dams with Code-Aster

Résumé
Les barrages en remblai sont le type de barrage le plus sensible aux séismes, notamment lorsqu’ils présentent un risque de montée de pression interstitielle. De nombreux désordres observés sur plusieurs d’entre eux suite à des phénomènes de liquéfaction dans la structure ou en fondation en attestent. Cependant, les remblais modernes, mieux compactés, résistent souvent bien malgré des sollicitations sismiques pouvant être très élevées. Les méthodes d’analyse doivent pouvoir rendre compte de ces deux constats pour être sécuritaire et économique. Des modélisations numériques avancées, fortement non linéaire, permettent de satisfaire ces deux objectifs.
La présente communication vise à décrire la méthodologie développée par EDF autour de la loi de comportement de Hujeux et de Code_Aster applicable pour reproduire toutes phases de la vie d’un barrage en remblai (construction, mise en eau, séisme, réplique, vidange rapide).
L’utilisation des éléments finis permet de modéliser les structures en remblai dans toutes leur complexité géométrique, (en particulier des barrages zonés) dont les matériaux constitutifs ou de fondation sont susceptibles de présenter des montées de pression interstitielle. L’approche couplée en contraintes effectives permet d’intégrer les effets favorables des dissipations de pression, mais aussi de prédire le comportement post-sismique des structures, voire éventuellement d’enchainer plusieurs calculs sismiques ou de justifier des effets d’un confortement en statique ou au séisme.
Le modèle de Hujeux est brièvement présenté et sa capacité à représenter les phénomènes physiques essentiels du comportement cycliques est illustrée. Les spécificités numériques de la méthodologie concernant les conditions aux limites, les conditions initiales et l’amortissement sont exposées. Enfin la méthodologie est mise en œuvre sur deux cas extrêmes de comportement de barrage en remblai au séisme : le glissement du parement amont du barrage de Von Norman Inférieur lors du séisme de San Fernando ; le bon comportement du barrage d’Aratozawa lors du séisme de Iwate-Miyagi pour lequel des enregistrements de l’accélération et des mesures de pression interstitielle dans le remblai rendent possible une validation quantitative de la méthodologie.

Abstract
Embankment dams are the most sensitive type of dam to earthquakes, as can be seen from the disturbances observed on several of them following the liquefaction of the materials constituting the embankment or foundation. On the other hand, modern embankments are able to withstand very high seismic loads.
Methods of analysis must be able of accounting for these two findings in order to be safe and economical. Highly non-linear numerical modelling approaches satisfy both objectives. This communication describes the methodology developed by EDF around the constitutive model of Hujeux and Code-Aster to analyze any phase of the life of an embankment dam (construction, impoundment, earthquake, aftershock, rapid drawdown).
Using a finite-element code makes it possible to model the whole geometry of the structures, in particular zoned dams or the particular stratigraphy of their loose foundation materials which are likely to show pore pressure increases. The coupled effective stress approach allows for the integration of the favourable effects of pore pressure dissipations, but also predicts the post-seismic behaviour of the structures, or possibly several seismic calculations or to justify the effects of a static or seismic reinforcement.
The Hujeux model is briefly described and its ability to represent the essential physical phenomena of cyclic behaviour is illustrated. The numerical specificities of the methodology concerning boundary conditions, initial conditions and damping are explained. Finally the methodology is applied on two extreme historical cases of embankment dams subjected to strong motions : the sliding of the upstream face of Lower Von Norman dam during the San Fernando earthquake ; the good behaviour of the Aratozawa dam during the Iwate earthquake for which acceleration records and pore pressure measurements are available, enabling a quantitative validation of the methodology.

Citation
KOLMAYER, MONDOLONI, KHAM, ALVES FERNANDES. Modélisation du comportement au séisme des remblais saturés avec Code-Aster. 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_d13


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

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