Étude expérimentale et simulation numérique de l'interaction barrage-réservoir-fondation : cas du barrage-poids Outardes 3

Abstract

Ce projet de recherche, entrepris à l'Université de Sherbrooke en collaboration avec Hydro­Québec, présente les essais dynamiques sous vibrations forcées effectués sur le barrage-poids Outardes 3 en utilisant de nouvelles techniques expérimentales récemment mises au point pour les barrages-voûtes. La calibration de modèles par éléments finis, développés dans le but d'étudier l'interaction barrage-réservoir-fondation, est effectuée. La méthode expérimentale consiste à mesurer les réponses en accélération pour le barrage, sur la crête et dans les galeries, sous une sollicitation dynamique provenant d'une force harmonique simple générée par un excitateur à masses débalancées. Des accéléromètres à basses fréquences sont utilisés pour mesurer l'accélération horizontale du barrage et des hydrophones sont disposés en différents endroits dans le réservoir pour obtenir des mesures de la pression hydrodynamique. Les principaux objectifs du projet sont: (i) d'effectuer des essais dynamiques sous vibrations forcées sur un barrage-poids et d'évaluer, si possible, le mouvement relatif des joints de construction sous chargement dynamique; (ii) de vérifier la fiabilité de la méthode expérimentale en comparant les résultats obtenus par deux équipes de recherche indépendantes; (iii) d'établir une base de données expérimentales pour les barrages-poids, comprenant la mesure de la réponse dynamique du barrage et du réservoir; (iv) de modifier des logiciels spécialisés en deux et trois dimensions pour exploiter les résultats provenant d'essais dynamiques sous vibrations forcées; (v) de calibrer des modèles par éléments finis en deux et trois dimensions en tenant compte de l'interaction barrage-réservoir-fondation; (vi) d'obtenir les propriétés caractérisant le comportement du barrage et pouvant être utilisées dans une analyse dynamique du système barrage-réservoir-fondation; (vii) d'évaluer les effets de la compressibilité de l'eau et d'extraire le mode fondamental de résonance du réservoir; et (viii) de comparer la performance de différents logiciels spécialisés, en évaluant les limites d'une modélisation bidimensionnelle et l'importance du comportement tridimensionnel, ainsi que la validité des résultats obtenus à l'aide d'un logiciel commercial avec une représentation simplifiée de l'interaction barrage-réservoir. La formulation analytique comprenant l'interaction barrage-réservoir-fondation est présentée, ainsi que les modifications apportées aux logiciels spécialisés, dans le but d'obtenir les réponses en fréquence de l'accélération et de la pression hydrodynamique. Les résultats obtenus avec un logiciel commercial sont discutés et les effets de la compressibilité de l'eau sont étudiés. La calibration des modèles 2D et 3D est effectuée et des comparaisons avec les résultats expérimentaux sont illustrées pour les réponses en fréquence et les formes de résonance du système barrage-réservoir-fondation. Les limites du modèle 2D ainsi que l'importance de la modélisation 3D, incluant l'interaction barrage-réservoir, sont clairement démontrées.