Des planches d’essai en enrochement ont été construites dans le but de déterminer les conditions de compactage optimales des zones d’enrochement de la Romaine-2. Ces planches d’essai ont été compactées en utilisant une nouvelle technologie de compactage, soit le contrôle de compactage en continu (Continuous Compaction Control (CCC)). L’objectif principal de ce mémoire est d’évaluer le potentiel d’utilisation de cette technologie pour l’analyse de la performance des barrages en remblai. Pour se faire, les données CCC des planches d’essai et les résultats des essais in-situ réalisés sur celles-ci ont été utilisés. Premièrement, une méthode de traitement des données CCC a été développée. Par la suite, à partir des données CCC triées et traitées des planches d’essai, un paramètre de compactage, dit CMVr, est développé. Ce paramètre est représentatif des conditions de compactage des différentes planches d’essai, tout comme les résultats des essais in-situ. Des relations ont donc été développées entre le CMVr et les modules de déformation issus des essais in-situ. Les résultats montrent que les modules de déformation augmentent avec l’augmentation du CMVr, tel qu’attendu. Toutefois, une dispersion non négligeable des données est observée autour des relations. Afin de confirmer les tendances obtenues, il est recommandé de réaliser plus d’essais in-situ pour un même matériau et de les effectuer à différentes passes de compacteur afin d’élargir le spectre d’énergie de compactage évalué. Autrement, la technologie CCC est considéré prometteuse pour l’analyse de performance des barrages en remblai. Vu son caractère continu, les zones de faiblesse peuvent être rapidement ciblées. Des analyses supplémentaires sont toutefois nécessaires afin d’utiliser le CCC dans le but d’estimer les tassements d’un barrage

Hydro-Québec reçoit plusieurs demandes de la part de compagnies minières pour pouvoir utiliser la crête de leurs ouvrages en remblai comme route d'accès aux ressources naturelles. La problématique liée à ces demandes d'autorisation de passage est le fait que lors de la conception d'un barrage en remblai, la circulation des charges lourdes en crête n'est pas considérée. Il est donc pertinent de développer des outils décisionnels pour les gestionnaires des barrages de manière à ce qu'ils soient en mesure d'octroyer ou d'appliquer certaines restrictions sur les passages demandés. Ces critères décisionnels doivent être basés, entres autres, sur la déformation permanente subie par le noyau du barrage. Concrètement, des instruments de mesure de contraintes et de déformations ont été installés dans l'extrémité supérieure du noyau d'argile du barrage en remblai de St-Timothée. Les contraintes horizontales et verticales mesurées lors du passage de camions en crête permettent de reproduire le cheminement de contraintes en laboratoire lors des essais de déformations permanentes. L'échantillon d'argile recompacté en laboratoire est soumis à des contraintes déviatorique cycliques allant jusqu'à des valeurs très élevées par rapport à ce qui a été enregistré sur le terrain. La contrainte axiale cyclique à laquelle l'argile accumule une certaine déformation permanente suite à sa post-compaction est de 5 kPa et celle à laquelle l'instabilité du matériau est observée correspond à 55 kPa. La charge en crête de l'ouvrage qui engendre ces incréments de contraintes axiales au sein du noyau est déterminée avec les données enregistrées avec les instruments mis en place dans le barrage. Le nombre de passages nécessaire pour engendrer des déformations permanentes de 50 mm et 100 mm au sein du noyau peut être estimé en fonction de différentes charges circulant en crête du barrage. Ceci est effectué en considérant une variation de la profondeur dans le noyau sur laquelle la charge en crête contribue à sa déformation permanente.

Trente-quatre essais d'écoulement provenant de quatre groupes d'auteurs ont été sélectionnés dans la littérature afin d'étudier l'instabilité interne de matériaux de faible plasticité soumis à l'écoulement de l'eau et initiée par suffosion. Les essais sélectionnés ont tous été effectués dans un perméamètre en appliquant les contraintes hydrodynamiques de manière ascendante et par palier. L'objectif était de déterminer la vitesse critique (vcr(l))p qui initie la mobilisation des particules fines dans les pores de la structure prédominante des matériaux, soit celle qui forme les constrictions. La méthode d'analyse présentée par Kovacs et Ujfaludi (1983), mettant en relation la résistance à l'écoulement ([Delta]h/Q) en fonction de la charge totale appliquée ([Delta]h), a été utilisée afin de déterminer les vitesses critiques (vcr(¹))p. Les essais ont tous été réinterprétés avec cette méthode et celle-ci a permis d'extraire des conditions critiques à des stades inférieurs durant les essais comparativement aux méthodes d'analyses utilisées par leurs auteurs respectifs. Ainsi, par cette approche, un nouveau critère de stabilité interne, basé sur celui développé par Kovacs et Ujfaludi (1983) pour l'application sur les puits, a été proposé pour l'étude des barrages en remblai. Puis, toujours suite à l'analyse des essais avec la méthode [Delta]h/Q - [Delta]h, les matériaux utilisés lors des essais ont été classés en trois catégories selon leur type de comportement sous écoulement après la vitesse critique (vcr(¹))p dans le repère [Delta]h/Q - [Delta]h. Il a ensuite été discuté que la sélection de matériaux stables pour l'étude des barrages doit tenir compte du type de comportement sous écoulement des matériaux et doit inclure un critère admissible de perte de fines, tel que présenté par l'approche russe. Enfin, via l'étude de certains paramètres qui influencent la vitesse critique, il a été démontré que la seule façon d'obtenir une tendance dans les résultats était de représenter dans un repère cartésien logarithmique les vitesses d'écoulement critiques (vcr(¹))p par rapport à la conductivité hydraulique (K) des matériaux.

Le projet de recherche a été réalisé dans le but premier de mettre à niveau, d'adapter et de rendre opérationnelle la méthode de Newmark pour les types de barrages et les types de séismes habituellement rencontrés au Québec. Pour ce faire, une Banque de Signaux Sismiques pour l'Est du Canada (BDSSEC), contenant 451 accélérogrammes, a été produite de même qu'un code de calcul permettant de calculer les déplacements permanents, par double intégration numérique, selon la méthode de Newmark. À partir d'analyses statistiques, des modèles prédictifs applicables au contexte sismologique de l'Est canadien ont été développés en considérant un comportement rigide-plastique (méthode dite du "bloc rigide") et un comportement viscoélastique linéaire équivalent (méthode dite "flexible"). La comparaison entre le nouveau modèle rigide-plastique pour l'Est avec ceux existants développés à partir de signaux de l'Ouest américain a montré que les déplacements permanents évalués pour l'Est peuvent être significativement inférieurs à ceux de l'Ouest pour des magnitudes et des distances épicentrales comparables compte tenu de leur contenu fréquentiel plus fort en hautes fréquences. Le modèle prédictif flexible a montré qu'il pouvait prédire des déplacements permanents du même ordre de grandeur que Makdisi et Seed (1977) et de Rathje et Antonakos (2011). Les déplacements permanents sont amplifiés par la méthode flexible comparativement à la méthode rigide principalement lorsque le ratio entre la période prédominante de l'ouvrage et la période moyenne de la sollicitation se situe autour de 1. Le second but consistait à tester l'applicabilité de la méthode du bruit de fond ambiant (H/V) comme outil expérimental pour estimer la période prédominante des barrages en remblai et en enrochement (Tp). Les études comparatives ont montré, de façon générale, une bonne concordance entre les calculs analytiques et les mesures expérimentales tant et aussi longtemps que les hypothèses à la base des modèles sont respectées.

Les barrages en enrochement comptent parmi les des ouvrages les plus importants en génie civil. Ce sont des ouvrages critiques dont les exigences de performance sont très élevées. De plus, les normes parasismiques pour ces ouvrages ont évolué rapidement depuis quelques années ((Hydro- Québec, 2003; Gouv. du QC, 2002; Canadian Dam Association (CDA), 2007 (révisé en 2013); ICOLD, 2016; Federal Guidelines for Dam Safety (FEMA), 2005) et sont maintenant très sévères. Ces analyses sont très importantes puisqu’elles permettent de mieux définir le comportement d’un l’ouvrage face à un séisme et, par conséquent, de mieux évaluer sa sécurité. Cependant, ces méthodes sont complexes et leur mis en oeuvre pour des barrages existants constitue toujours un exercice délicat. L’Est du Canada se caractérise par une séismicité active mais modérée. Les secousses sismiques de l’Est canadien ont un contenu fréquentiel plus élevé que celui de l’Ouest américain. Cependant, les signaux de l’est canadien n’ont fait l’objet relativement que de peu d’études jusqu’à maintenant. Ce mémoire présente les résultats de l’étude dynamique unidimensionnelle (1D) et bidimensionnelle (2D) du comportement d’un barrage en enrochement sous sollicitations sismiques. L’ouvrage étudié est le barrage Denis-Perron dont la construction a été complétée en 1998. C’est un barrage en enrochement d’une hauteur de 171 mètres constitué d’un noyau en till. L’ouvrage ferme la rivière Ste-Marguerite sur une vallée étroite située au nord de Sept-Îles. Des enregistrements des accélérations en crête et à la base du barrage pour trois événements sismiques ont été utilisés dans les différentes simulations. Les analyses 1D ont été menées dans le domaine fréquentiel avec le logiciel ProShake. Les analyses 2D ont été menées dans le domaine temporel avec les logiciels QUAD4M, qui adopte le comportement linéaire-équivalent des sols, et FLAC, qui tient en compte la non-linéarité du comportement des sols. Pour les deux catégories d’analyse, les résultats ont été exploités dans les domaines spectral et temporel. Ces résultats ont démontré qu’une étude 1D sur ProShake avec une correction de la période prédominante selon la forme de la vallée sont nécessaire pour des études dynamiques préliminaires d’un barrage. Cependant, des études approfondies sur FLAC peuvent s’avérer essentiel pour l’évaluation des risques sismiques de ces ouvrages. / Rockfill dams are one of the most important structures in civil engineering. These are critical structures whose performance requirements are very high. In addition, the seismic standards for these structures have changed rapidly over the last few years (Hydro-Québec, 2003; Gouv.-du- Québec, 2002; Canadian Dam Association (CDA)) and currently are very sever. These analyzes are very important since they can define the behavior of structure when earthquakes happen, and consequently, evaluate its safety. However, these methods are complex and their application on existing dams is always a delicate exercise. Eastern Canada is characterized by an active but moderate seismicity. The earthquakes in Eastern Canada have a higher frequency content than the Western United States. Though, only a few studies have been made with signals from Eastern Canada. This thesis presents the results of the dynamic 1D and 2D behavior of a rockfill dam under seismic loading. The study takes into consideration the Denis-Perron dam activity, a rockfill dam of 171 meters height with a till core, which was finished constructing in 1998. This structure closes the Ste-Marguerite River on a narrow valley north of Sept-Îles. Recordings of accelerations at the top and at the base of the dam for three seismic events were used in different simulations. The 1D analyzes were conducted in the frequency domain with ProShake software. The 2D analyzes were conducted in the time domain with QUAD4M software, which adopts the linear behavior of soils, and FLAC, which takes into account the nonlinearity of soil behavior. For both analyses, the results were carried out in spectral and temporal domains. These results demonstrated that the 1D study on ProShake, with a correction of predominant period according to the shape of the valley, is necessary for preliminary dynamic studies of a dam. However, in depth studies, FLAC may be essential for seismic risk assessment of these structures

La résolution d'un problème d'interaction gravier-enrobé bitumineux dans les barrages en remblai avec des noyaux bitumineux nécessite la connaissance du comportement des interfaces entre ces deux matériaux. Ce travail constitue une contribution dans ce sens. Des échantillons ont été confectionnés dans le laboratoire en utilisant des pierres concassées dont la granulométrie est médiane et un enrobé bitumineux caractéristique de la Romaine 2. L’appareil de cisaillement direct a été utilisé pour réaliser les essais sur ces échantillons sous une contrainte normale constante. En plus de l’effet de la contrainte normale appliqué, les influences de différents paramètres tels que la température, la vitesse de cisaillement et le pourcentage de bitume de l’interface ont été explorés. La conclusion majeure que l’on peut tirer de ces essais est que le comportement de l’interface susmentionnée est dominé par l’enrobé bitumineux et que l’enveloppe de rupture de cette interface, dans des conditions de vitesse de cisaillement très faible ou de température très élevée, passerait par l’origine et ayant un angle de frottement égal à 38.7°. Mots clés Interface; gravier-enrobé bitumineux ; Cisaillement direct ; vitesse de cisaillement ; température; enveloppe de rupture; barrage en remblai avec de noyau bitumineux. / The resolution of the problem of interaction gravel-asphalt in embankment dams with bituminous cores requires the knowledge of interfaces behavior between these two materials. This work is a contribution in this direction. Specimens were made in the laboratory using crushed stones owing a median particle size distribution and a characteristic asphalt of the Romaine 2. The direct shear device was used to perform the tests on these samples under a constant normal stress. In addition to the effect of applied normal stress, the influences of various parameters such as temperature, shear rate and the percentage of bitumen in the interface were explored. The major conclusion that can be drawn from these tests is that the behavior of the aforementioned interface is dominated by the asphalt and the failure envelope of this interface in conditions of very low shear rate or very high temperature, passes through the origin with a friction angle equal to 38.7 °. Keywords Interface; gravel-asphalt; direct shear; shear rate; temperature; failure envelope; ACRD.

La résistance du till de la Romaine 3 a été étudiée sous sollicitations cycliques grâce à un nouvel appareil de cisaillement simple cyclique. Les essais ont été effectués à différentes teneurs en eau de compactage (côté sec et côté humide de l’optimum Proctor) et à différentes contraintes de cisaillement cyclique. Il a été démontré que les échantillons compactés du côté sec de l’optimum Proctor ont nécessité environ dix fois plus de cycles de cisaillement pour atteindre la rupture que les échantillons compactés du côté humide. Les essais effectués à faible ratio de cisaillement ont aussi nécessité l’application de dix fois plus de cycles de cisaillement que ceux effectués à ratio de cisaillement élevé avant d’atteindre la rupture. Le projet de recherche présenté s’inscrit dans le cadre de la chaire de recherche industrielle CRSNG – Hydro-Québec sur l’optimisation du cycle de vie des barrages en remblai. / The resistance of Romaine 3 till was studied under cyclic loading using a new cyclic simple shear apparatus. The tests were carried out at different compaction water contents (dry and wet sides of Proctor optimum) and at different cyclic shear stress levels. It was found that ten times more cycles were needed for samples compacted on the dry side of optimum to reach failure than for samples compacted on the wet side of optimum. It was also found that the tests carried out at low cyclic stress ratio took ten times more cycles to reach failure then tests carried out at high cyclic stress ratios. The presented research project is part of the NSERC – Hydro-Québec Industrial Research Chair in life cycle optimisation for embankment dams.