ABSTRACT
La sécurité et la vision proactive sont des aspects clés dans la gestion des grandes structures telles que les barrages. De nos jours, les éléments finis sont des outils essentiels pour analyser le comportement des systèmes de barrage. Une représentation détaillée de la structure du barrage permet de mieux comprendre la réponse locale ainsi que la réponse globale du système. Dans les barrages voûte-poids, les joints verticaux de construction ont un rôle crucial. Par l’injection du mortier, ils rétablissent le comportement monolithique entre les blocs et, en même temps, assurent la déformation correcte évitant le craquage de la structure en raison du retrait du béton, les variations du niveau hydrostatique et d’autres facteurs tels que la température. Cependant, ils restent des plans de faiblesse de la structure, en particulier lorsque des forces dynamiques telles que des événements sismiques se produisent. Comme souligné lors des réunions et groupes de travail de la CIGB - Comité international sur les grands barrages - et de ITCOLD - Comité italien sur les grands barrages les effets des séismes historiques sur les barrages en béton sont principalement liés aux joints de contraction. En effet, dans la littérature, plusieurs modèles sont disponibles pour simuler l’ouverture, la fermeture et/ou le glissement des articulations dans des événements sismiques, y compris des effets non linéaires. Les joints affectent de manière significative les caractéristiques de vibration des barrages en béton diminuant la rigidité globale de la structure. Par conséquent, le présent document vise à analyser l’influence de la modélisation des articulations sur les propriétés dynamiques, en termes de fréquences naturelles et de formes modales, des barrages modèles. Le cas d’étude est le barrage de Ridracoli (hauteur maximale 103,5 m et longueur de crête de 432 m), un barrage voûte-poids situé dans l’Italie centrale qui approvisionne en eau 48 villages. Il a fait l’objet d’une modélisation en éléments finis à partir d’un sondage UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Au moyen de nuages de points denses UAV et de la géométrie de conception, les joints 1050verticaux sont inclus dans les modèles FE de la structure. Trois modèles de la structure ont été analysés: la représentation monolithique, la continuité entre les blocs adjacents est assurée; la représentation des joints de surface à surface, la discontinuité entre les blocs est simulée le long des surfaces de contact en assignant des relations tangentielles et normales; la représentation des joints d’éléments solides, les joints entre les blocs sont simulés en tant qu’éléments solides indépendants assignant leurs propres propriétés mécaniques au matériaux. Ils sont testés en termes de fréquences naturelles et de formes modales sur les résultats expérimentaux fournis par un test vibrodyne, réalisé en 1987, et par des vibrations environnementales comme les pics de la densité spectrale PSD - Power Spectral Density - fonction du signal. Tous les résultats fournis par les modèles FE sont conformes aux expériences, un écart plus important n’est plus évident que pour les modes supérieurs sur lesquels l’influence de la masse fluide est plus significative et n’est pas détectable par le test vibrodyne. La rigidité du modèle de structure tend à diminuer en adoptant des représentations plus détaillées des joints. En effet, les fréquences naturelles des différentes représentations ont tendance à diminuer et se rapprochent progressivement des valeurs extraites de la fonction PSD. Une représentation précise des joints, telle que celle fournie par le modèle des articulations à éléments solides, reproduit la réalité mieux que les procédures plus simplifiées. Cependant, les différences de termes de fréquences naturelles entre les modèles sont minimes et dans tous les cas, elles affectent la deuxième décimale. Cet écart pourrait être essentiel si l’étude porte sur le suivi de l’état de conservation d’une structure. Dans de tels cas, les modèles FE peuvent effectuer une étude paramétrique des caractéristiques mécaniques des matériaux; une évaluation précise des fréquences naturelles est nécessaire pour détecter tout changement minimal. En outre, si le but des analyses est l’inspection des dommages dans les joints, des éléments indépendants, possédant des propres propriétés mécaniques et des modèles de dégradation, permettent de détecter l’évolution des dégâts sous l’influence d’événements sismiques sévères. D’autre part, un modèle sophistiqué, tel que celui avec un élément solide comme des joints, nécessite des temps de travail et de coûts importants de calcul pré-traitement par rapport aux types d’analyses requises. En outre, si l’objectif est d’analyser la réponse générale de la structure sous les événements sismiques, la modélisation conjointe n’influence pas sensiblement le comportement global et les modèles simplifiés comme le monolithique peuvent être utilisés. En effet, les formes modales des trois modèles EF sont égales, s’accorder également à celles fournies par le test vibrodyne; alors, la représentation des joints n’influence pas le comportement dynamique global de la structure. Un développement futur de ce programme de recherche, actuellement en cours, est l’inclusion dans la représentation plus complexe des éléments solides des joints d’un modèle de dommage plastique pour le mortier des articulations. Sous des mouvements sismiques sévères, l’entité et l’évolution du dommage à travers les joints peuvent être analysées. À partir d’un modèle aussi précis que possible, il peut donc être spécialisé dans l’inspection de la structure en tant qu’outil d’une gestion proactive et prédictive du système de barrages.
