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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 |
| 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
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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) |
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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
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Objectifs |
Fiabiliser
et rationaliser les méthodes de dimensionnement en étudiant
le problème sous l’aspect scientifique à
l’aide des outils de la mécanique. |
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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). |
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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 |
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Partenariats |
-
Initié par ce projet
- Qui se poursuit |
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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