[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le laboratoire 3S

Titre du projet

Chute de bloc sur un merlon de protection : modélisation numérique et expérimentale en vue de l'amélioration du dimensionnement
[ rapport pdf ]

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

2000

Mots-clés
Merlon de protection - Chute de bloc rocheux - Modélisation numérique - Expérimentation - Modèle réduit - Calage du modèle
Champs disciplinaires
Mécanique


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Laboratoire 3S
Organisme(s) associé(s)
IMSRN (Bureau d'Etudes)
Coordonnateur
Dominique DAUDON
Participants
Jack LANIER (3S), Pierre PLOTTO (BE : Ingénierie des Mouvements de Sols et Rrisques Naturels)


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
*
Contexte de l'étude
Nos régions montagneuses sont particulièrement soumises aux aléas naturels, notamment les chutes de blocs. Les ouvrages de défense passifs sont facile à mettre en œuvre et permettent une protection journalière des activités humaines face à l’impossibilité de prévoir avec exactitude le déclenchement de l’aléa ainsi que l’ampleur du phénomène. Ils sont encore souvent dimensionnés sans véritable analyse scientifique, de façon très subjective, en faisant appel plutôt au bon sens et à la connaissance personnelle des bureaux d’études sollicités (essentiellement liés aux « retour d’expériences réelles ») quand ce ne sont pas les contraintes du chantier.
Programme plus vaste
Programme PIR : "Prévention des instabilités rocheuses" - Réseau génie civil et urbain (RGCU)
Initiation du projet
Projet initié par le PGRN
Montant du financement (k€)
10,67 k€
Part du CG38 - PGRN
? %
(Co)-Financements
PGRN : 70 kF = prise en charge par le FNADT (Fonds National pour l’Aménagement et le Développement du Territoire)
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
 Initiation du projet de recherche et du partenariat (durable).


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
 Fiabiliser et rationaliser les méthodes de dimensionnement en étudiant le problème sous l’aspect scientifique à l’aide des outils de la mécanique.
Méthodologie
1) Simulation numérique du comportement d’un merlon lors de l’impact d’un bloc rocheux, à l’aide d’un code aux éléments discrets qui schématise le milieu par un ensemble de grains, chacun étant considéré comme un corps rigide dont le mouvement est défini par la relation fondamentale de la mécanique newtonienne. Utilisation du code Grain permettant de simuler des milieux granulaires bidimensionnels, complété par une loi de contact « collant » avec seuil de rupture entre grains (destinée à rendre compte de l’aspect cohésif d’un sol granulaire). Description théorique du collage, puis implémentation dans le code. Validation effectuée sur des cas simples (rupture d’une poutre par flexion, effort normal, effort tranchant ; arrachement de grains dans une poutre).

2) Expérimentation sur modèle réduit (dimensionné à l’aide de simulations numériques préalables afin de définir les ordres de grandeur en relation avec les phénomènes à étudier) à l’IMSRN. Réalisation d’essais (avec un bloc rocheux représenté par une boule d’acier pleine de 13,9 kg) et des simulations numériques correspondantes (sur un assemblage régulier de tubes), afin de caler le code de calcul en vue de simulation multi-paramètres, pour étudier la destruction du merlon en fonction de l’énergie d’impact. Etude des différents paramètres concernant l’énergie d’impact (vitesse et masse du bloc) et le merlon : son type (avec ou sans parement, sa forme), la présence ou non de « collage » entre les éléments constitutifs, granulométrie et position de l’impact sur la hauteur du merlon.

3) Confrontation entre simulation et expérience (critère de destruction qualitatif et visuel).

Résultats
Dans l’ensemble, sur le plan qualitatif, les simulations et les expériences sur modèle réduit sont en bonne corrélation. Sur le plan quantitatif, les déplacements des simulations sont nettement inférieurs (10 à 30 fois). Le choc n’est pas pris correctement en compte dans les simulations (choc mou), ce qui explique probablement cette différence.

D’autre part, dans les expériences, même si l’énergie d’impact est en partie absorbée comme le montre la trace sur le rouleau impacté, la surestimation des dégâts occasionnés par rapport à un cas réel fait peu de doutes.

Les premières simulations effectuées ont montré un comportement plus représentatif notamment vis-à-vis du choc (peu élastique). En vue du dimensionnement des merlons protecteurs, il semble que pour les faibles énergies, une base de 5 fois la taille du bloc soit suffisante. Pour les fortes énergies, c’est la largeur du point d’impact qui doit être de cet ordre de grandeur.


4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Chercheurs en géotechnique (aide au dimensionnement)
Production scientifique
- Méthodologie innovante
- Production de connaissances locales / régionales
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
*
Partenariats
- Initié par ce projet
- Qui se poursuit
Retombées du projet
*


5) Valorisation du projet

Publications et communications
Valorisation lors de la Fête de la science 2001 (poster et expérience au 1/50ème)
Pages Web
*

 

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