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Projet PGRN 2002 - Berthet-Rambaud et al.
Titre Quantification de la sollicitation avalancheuse par analyse en retour du comportement de structures métalliques
Programme Programme départemental CG38/PGRN
Durée 2002-2003

Objets et thématiques de recherche :

Types de risques Avalanches
Mots-clés Avalanche - Pression - Profils spatio-temporels - Structures métalliques - Déformation - Analyse en retour
Thématiques Connaissance des phénomènes - Ouvrages de protection - Retours d’expérience
Sites d'étude Etude expérimentale au laboratoire et sur le site du Col du Lautaret (Hautes-Alpes)

Partenaires, contacts :

Organisme pilote Cemagref ETNA (Unité "Erosion Torrentielle Neige et Avalanches")
Partenaires - URGC INSA Lyon
- R&V 3S
- CETE-LRPC Lyon
Coordination Philippe BERTHET RAMBAUD
Contacts Philippe BERTHET RAMBAUD (LRPC-CETE, Bron) : Tél. 04 72 14 32 83 - philippe.berthet-rambaud@equipement.gouv.fr
=> MND Engineering (Montmélian) depuis 2007...

Financement du projet :

Budget total ?
Financement (€) Financement CG38 : 8,5 k€
Part (%) ?

Contenu :

Résumé Comme nous pouvons régulièrement le constater chaque hiver, les phénomènes avalancheux restent une menace bien réelle pour tous les enjeux en zone de montagne. Avec le développement des zones habitées mais aussi le maintien hivernal d’un réseau étendu d’infrastructures et d’équipements à des altitudes élevées, la gestion de ce risque devient une priorité s’inscrivant dans les problématiques plus larges de sécurité publique et d’aménagement du territoire. Cette gestion qui vise à diminuer le risque passe notamment par une meilleure évaluation de la vulnérabilité des zones concernées pour adapter ensuite les mesures de protection à mettre en œuvre et notamment la construction d’ouvrages de protection adéquats. Dans ce contexte, la plate-forme de recherche RNVO (Risques Naturels et Vulnérabilité des Ouvrages) regroupe notamment différents partenaires intervenant plus particulièrement sur la question des ouvrages soumis aux avalanches : UR ETNA, Cemagref Grenoble ; URGC, INSA, Lyon ; R&V, Laboratoire 3S, Grenoble ; CETE-LRPC, Lyon.

L’objectif de cette collaboration est d’améliorer la conception de ces ouvrages pour leur permettre de correctement jouer leur rôle pour une meilleure sécurité. En effet, aujourd’hui un certain nombre d’outils et de méthodes performants ont été développés pour concevoir et construire mieux les ouvrages de génie civil, dans des contextes et selon des spécifications de plus en plus strictes, en utilisant par exemple la méthode des éléments finis couplée à des modèles évolués de comportement des matériaux. Ces progrès ouvrent notamment des perspectives pour la modélisation et le calcul d’ouvrages à géométries complexes, tridimensionnelles en tenant compte du comportement réel du matériau mais aussi sous des actions complexes sur le plan de la répartition spatiale et temporelle de la charge (comportement dynamique de la structure). Pour utiliser au mieux le potentiel de ces outils, la connaissance des caractéristiques de l’action reste cependant nécessaire pour une approche logique et cohérente. Or, la recherche n'a pas encore complètement appréhendé l'action d’une avalanche de neige et ses effets. Des valeurs de pression ont été effectivement mesurées et publiées, mais ces données n'ont pas été exploitées pour le but spécifique de la conception en génie-civil. En particulier, il manque des éléments d’information pour les structures réelles dans un écoulement. Ensuite, certains phénomènes tels que l'apparition d'une zone de stagnation à l’amont de l'obstacle sont rarement pris en compte. Enfin, l'influence de l'obstacle sur l'écoulement d'avalanche et par conséquent sur son action ne peut pas être estimée correctement quand les capteurs classiques sont utilisés seuls et de manière non perturbatrice.

En pratique, cette situation a conduit à l’utilisation actuelle de la pression statique équivalente pour concevoir les infrastructures soumises aux avalanches. Bien sûr, cette approche a pu largement faire ses preuves pour une conception globalement sûre des ouvrages et n’a donc pas forcément poussé à approfondir plus loin la connaissance de l’impact d’une avalanche et de l’interaction avec un obstacle. Simplement et dans le contexte actuel de la gestion du risque, il ne s’agit plus aujourd’hui de se contenter de telles méthodes d’autant plus avec les outils numériques appropriés, il est possible de montrer que l’évolution dynamique du chargement peut-être largement préjudiciable à la structure pendant l’impact.

Le projet présenté dans ce rapport vise donc à améliorer la connaissance de cette sollicitation de manière originale et performante pour finalement contribuer et consolider les bases de toutes les études d’endommagement ou de vulnérabilité structurelle dans le domaine paravalanche afin d’éviter la destruction totale ou partielle d’ouvrages, comme ce fut le cas pour les dents déflectrices du dispositif paravalanche de Taconnaz (Haute Savoie).

Objectifs Etudier les caractéristiques de l'action d’une avalanche contre un obstacle pour fournir des modèles fiables de profils spatio-temporels de pression utilisables ensuite pour la conception en génie civil, et remplacer les hypothèses très restrictives utilisées dans ce domaine.

Méthodologie Analyse en retour de structures soumises à une avalanche de neige pour déterminer le profil vertical de pression maximale subi par l’obstacle, en évaluant les charges induites par l’avalanche par des mesures de déformation de plats d’aluminium de différentes capacités résistantes, utilisés en tant que fusibles et conçus à cet effet (approche indirecte) :

• Conception des fusibles, simulation de leur comportement mécanique et validation de la démarche :
- Pour l’analyse, un calcul paramétrique où la charge est incrémentée graduellement permet d’obtenir la déformation correspondant à la valeur de pression appliquée. Cette pression est ensuite reliée avec l’état résiduel de déformation obtenue après l’avalanche en tenant compte du retour élastique de la structure, ainsi que la progression des déformations plastiques qui peuvent apparaître avec les dommages subis par certains fusibles.
- Simulation numérique aux éléments finis (logiciel CASTEM 2000) en maillant la structure en éléments DKT triangulaires (Discrete Kirchoff Triangle) qui sont des éléments de coque à trois nœuds et six degrés de liberté. Analyse non linéaire combinant de grands déplacements, grandes rotations et la plasticité. La loi de comportement du matériau a été obtenue par l’intermédiaire d’essais de tension quasi-statique en laboratoire.
- Validation de la simulation numérique par comparaison des résultats avec les résultats expérimentaux d’essais quasi-statique de flexion réalisés en laboratoire.

• Application de la démarche pour évaluer les pressions maximales à partir de fusibles endommagés par une avalanche déclenchée au site expérimental du Lautaret.

Résultats et produits de la recherche :

Résultats Détermination des lois de comportement des fusibles en aluminium (courbe contrainte-déformation, courbes charge – déflection des fusibles de différentes épaisseurs).

Validation des résultats de la simulation des valeurs maximales de pression, confirmant la capacité du modèle à simuler la réalité avec une bonne précision.

Obtentions de premiers résultats réalistes sur une avalanche.

Livrables Méthodologie innovante pour quantifier la sollicitation avalancheuse par analyse en retour du comportement de structures métalliques

Rapport (oct. 2003) au PGRN

Diffusion :

Publications et communications à préciser

Pages web Rapport également en ligne sur le site du Cemagref...

Débouchés du projet :

Produits de la recherche Données quantitatives Modélisation numérique Modélisation physique Rapport scientifique
Production scientifique - Méthodologie innovante
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Utilisateurs Concepteurs en génie civil (ouvrages de protection…)
Partenariats à préciser

Retombées Perspective : multiplication des mesures et exploitation des signaux temporels des jauges de contrainte placées sur les fusibles pour confirmer les maxima de pression… (à préciser)

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