Ice forces on dams: harmonizing design criteria and developing means for mitigation

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It is essentiel for public safety that dams maintain their structural integrity at all times. They must resist againstall applied forces, including those applied by ice. However, when responsible hydraulic structure owners andmanagers try to act on this principle, they are confronted with widely diverging criteria: Whereas the CanadianDam Association recommends a design value of 150 kN/m, some public agencies, in some cases, apply acriterion of only 100 kN/m. This reduces the cost of thousands of interventions, but is this criterion safe?Researchers seem to be recommending ever increasing design values (reaching 250 kN/m or more in somecases). This ensures safety, but given that a high percentage of existing dams do not meet this criterion and theimplied costs to reabilitate them, are these high values scientifically realistic?A Hydro-Québec engineering committee tried to harmonize existing criteria. However, due to knowledge gaps,it soon came to the conclusion that the only way to come to a sound judgement was to carry out furtherresearch. The purpose of this project is to to meet this need by validating previous findings and filling in theknowledge gaps.The methodology will include comprehensive field observations; material property characterisation and FEM numerical modelling of key ice failure mecanisms (such as bending and buckling) including real reservoirboundary conditions and ice forces generated thermal expansion and water level fluctuations. Models of forcesinduced by fluctuations are virtually non-existant and yet they have been shown to dominate the process.The product will be realistic scientifically-based ice force criteria to protect the public against potential damfailure.Second Language:Il est essentiel, pour des raisons de sécurité évidentes, que les barrages maintiennent leur intégrité en touttemps. Les barrages doivent résister à toutes les sollicitations qui leur sont imposées dont, entre autres, cellesde la poussée de glace. Toutefois, les propriétaires et exploitants de ces différentes structures hydrauliques sontconfrontés, au chapitre des poussées de glace, à des critères divergents, selon les diverses agences nationales etinternationales. Alors que, par exemple, l'Association canadienne des barrages (ACB/CDA), préconisel'utilisation d'une poussée uniforme de 150 kN/m, d'autres agences publiques, en certaines circonstances, vontutiliser 100 kN/m. Il va sans dire que l'ampleur des interventions, s'il y a lieu, et le niveau de sécurité ne serontplus les mêmes. Certains chercheurs semblent même recommander des valeurs encore plus grandes (pouvantatteindre 250 kN/m ou même plus selon les cas). Bien que réconfortantes à certains égards, les valeurs plusélevées deviennent pénalisantes en regard des vieux ouvrages qui pourraient nécessiter des renforcements etdes réfections coûteuses. Ces grandes valeurs sont-elles scientifiquement justifiables?Un comité Hydro-Québec, formés d'ingénieurs praticiens et gestionnaires, a tenté d'harmoniser les critères, enregard des développements des quinze dernières années. Malheureusement, il a été impossible d'en arriver à unconsensus. Afin de parvenir à un jugement plus éclairé, il a été convenu que d'autres recherches étaientrequises. C'est justement l'un des objectifs de ce projet qui, dans un premier temps, essaiera de valider lesdonnées et les découvertes des différentes campagnes de mesures et, dans un second temps, de mieuxcomprendre les mécanismes pour combler les chaînons manquants.La méthodologie comprendra de nouvelles campagnes de mesures, une caractérisation plus approfondie des propriétés de la glace et une modélisation mieux ciblée des mécanismes de rupture, par la méthode des