[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le laboratoire 3S

Titre du projet

Effet de cumul de l'endommagement de structures en béton armé soumises à des chutes répétitives de blocs rocheux
[ rapport pdf ]

Type d'aléa
Mouvements de terrain - éboulements - chutes de blocs
Année

2002

Mots-clés
Dalle pare-blocs - Variables d’endommagement - Expérimentations - Modélisation - Méthode de dimensionnement - Eléments finis - Eléments discrets - Galeries pare-blocs Structurellement Dissipante (PSD)
Champs disciplinaires
Génie civil, ingénierie


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Laboratoire 3S
Organisme(s) associé(s)
CETE-LRPC LYON, Cemagref Grenoble, LOCIE (Univ. Chambéry), RNVO (Structure Fédérative de Recherche)
Coordonnateur
Laurent DAUDEVILLE
Participants
Philippe BERTHET-RAMBAUD, JACKY MAZARS, Pascal PERROTIN, Michel MOMMESSIN, Jean-Pierre MOUGIN


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
*
Contexte de l'étude
La structure fédérative RNVO (Risques Naturels et Vulnérabilité des Ouvrages) a permis à plusieurs équipes travaillant dans le champ des ouvrages de protection vis-à-vis des risques naturels de travailler en commun sur un nouveau concept de dalle pare-blocs structurellement dissipante. Il s’agit d’une part du LOCIE (Laboratoire Optimisation de la Conception et Ingénierie de l’Environnement) dont la collaboration avec le bureau d’études Tonello IC a permis la réalisation de plusieurs campagnes expérimentales de chutes de blocs sur dalle en béton armé ainsi que la proposition d’une méthode simplifiée de dimensionnement de telles dalles.
D’autre part le laboratoire 3S (Sols Solides Structures) entreprend depuis deux ans des recherches sur la modélisation aux Eléments Finis et aux Eléments Discrets d’ouvrages en béton soumis à des sollicitations extrêmes (séismes, impacts, fortes pressions) avec la prise en compte du comportement non linéaire des matériaux dans un contexte dynamique.

Cette étude financée par le Conseil Général de l’Isère est une valorisation des résultats obtenus et des moyens développés dans le cadre des activités précédemment citées. En effet, le travail de thèse de Philippe Berthet-Rambaud a permis de montrer que l’on disposait d’un outil de modélisation avancée permettant de prédire la réponse, et notamment les endommagements, d’ouvrages en béton armé de type dalle ou mur soumis à des sollicitations dynamiques sévères.
Pour le cas spécifique des chutes de blocs rocheux, les études précédentes n’ont concerné que la chute d’un bloc unique or il a été constaté que les ouvrages de protection sont régulièrement soumis à des impacts de niveaux d’énergie plus bas que ceux pour lesquels ils sont censés résister.

Le projet vise donc à évaluer l’effet de cumul de l’endommagement de dalles en béton armé soumises à des répétitions d’impacts de blocs rocheux.
Programme plus vaste
RNVO (site web) ; Programme PIR : Prévention des Instabilités Rocheuses
Initiation du projet
Projet initié par le PGRN
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
8 k€
Part du CG38 - PGRN
20 %
(Co)-Financements
 
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
C’est une contribution appréciable qui a permis l’acquisition du logiciel.


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
 Evaluer l’effet de cumul de l’endommage-ment de dalles en béton armé soumises à des répétitions d’impacts de blocs rocheux (chocs « modérés »).
Méthodologie
 - Etude expérimentale de l’impact de blocs sur la dalle de béton armé (3 essais d’impact).

- Analyse d’une série de 5 impacts à un niveau d’énergie moindre que ceux étudiés par Perrotin et al. (2002) mais à un niveau néanmoins suffisant pour mettre en œuvre des phénomènes de dissipation au sein des matériaux (endommagement, plasticité…).

- Analyse de l’endommagement à partir de différents critères (variable locale, flèches maximales atteinte en intrados) et évolution de ces variables au cours de chocs successifs.

- Modélisation numérique des expérimentations.
Résultats
- Validation, par comparaison avec les résultats expérimentaux, du modèle de simulation des expériences décrivant des phénomènes non linéaires affectant la dalle (endommagement, plasticité) lors des impacts répétés de blocs rocheux. Le modèle permet une prédiction fiable de la réponse de la dalle.

- L’analyse des résultats de simulation de la dalle soumise à 5 chocs successifs permet une première conclusion évidente : l’endommagement croît à chaque impact. Ainsi un dimensionnement fondé sur l’occurrence d’un événement unique entre deux éventuelles réparations peut paraître un peu trop optimiste.

- Les simulations ont également permis de constater que les endommagements sont plutôt localisés dans la zone d’impact. Ainsi le concepteur de l’ouvrage doit intégrer la probabilité qu’un bloc rocheux impacte la dalle dans le voisinage d’une première zone d’impact. Si cet événement est considéré possible alors le concepteur doit prendre en compte l’effet de cumul de l’endommagement. La méthode simplifiée de dimensionnement ne prend en compte qu’un impact unique, cette étude permet donc de suggérer une modification de cette méthode de dimensionnement.


4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Concepteurs d’ouvrage de protection (prise en compte de l’effet de cumul des chocs) ; Bureaux d'études
Production scientifique
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
 *
Partenariats
- Préexistant
- Qui se poursuit
Retombées du projet

Résultats utilisés dans la thèse de Philippe Berthet-Rambaud.

Valorisation fait l’objet d’un projet soumis au Ministère de la Recherche pour développer un outil d’aide à la décision, dans le cadre d’une ANR pilotée par le LOCIE.

Le projet PGRN 2004 de Frédéric Donzé : « Modélisation par éléments discrets de l'impact de chute de blocs sur un ouvrage de protection en béton armé » s'inspire de celui-ci



5) Valorisation du projet

Publications et communications
- BERTHET-RAMBAUD P., YEHYA T., DAUDEVILLE L., MAZARS J., Structural modelling of reinforced concrete slabs subjected to falling rock impacts, Computational Modelling of Concrete Structures Euro-C 2003, St Johann im Pongau, Austria, 2003.

- BERTHET-RAMBAUD P., TIMSAH Y., DAUDEVILLE L., MAZARS J., Finite element modelling of concrete protection structures submitted to rock impacts, ASCE Conference on Engineering Mechanics EM2003, Seattle, USA, 2003.

- BERTHET-RAMBAUD Ph., PERROTIN P., TIMSAH Y., MOMMESSIN M., MOUGIN J.P., MAZARS J., DAUDEVILLE L. 2004. Impact of a reinforced concrete roof slab by falling rocks: experiments and modeling. Italian Geotechnical Journal. 2: 45-53.

- Thèse UJF de Philippe Berthet-Rambaud le 12/07/04 : Structures rigides soumises aux avalanches et chutes de blocs : modélisation du comportement mécanique et caractérisation de l’interaction « phénomène-ouvrage ». [pdf en ligne sur le site du Cemagref]

Pages Web
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