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Titre
du projet |
Modélisation
par éléments discrets de l'impact de chute de
blocs sur un ouvrage de protection en béton armé
[
rapport pdf
] |
| Type
d'aléa |
Mouvements
de terrain - éboulements - chutes de blocs |
| Mots-clés |
Risques
gravitaires - Ouvrages de protection - Impact de blocs rocheux
- Essai expérimental d’impact - Modélisation
numérique - Méthode aux Eléments Discrets
- Structures dissipatives multicouches |
| Champs
disciplinaires |
Géomécanique,
géotechnique, ingénierie |
1) Organismes et auteurs
| Organisme
pilote |
Laboratoire
3S |
| Organisme(s)
associé(s) |
Collaboration
avec le laboratoire LOCIE
à Chambéry.
Partenaire industriel : IMSRN
(Ingenierie des mouvements de sol et des Risques Naturels). |
| Coordonnateur |
Frédéric
DONZÉ |
| Participants |
Julien
LORENTZ, Sébastien HENTZ |
2) Contexte du projet
|
Contexte
de l'étude |
Les
chutes de blocs sont très largement associées
aux zones montagneuses de par la présence de nombreuses
falaises, mais elles sont aussi très fréquentes
le long des routes ou des zones d’escarpement naturel
ou d’excavation. Les chutes de blocs et éboulements
de petits volumes figurent parmi les mouvements de terrain les
plus fréquents. Quand ces blocs atteignent des zones
urbanisées ou des voies d’accès routières,
ils représentent une menace directe pour les personnes.
L’implantation d’un réseau étendu
d’infrastructures et d’équipements dans les
territoires de montagne, marqués par des contraintes
naturelles fortes dans un espace réduit, s’est
intensifiée. Ces différents aménagements
sont bien souvent exposés à l’impact des
chutes de blocs, dont la capacité destructrice justifie
que l’on puisse associer à l’espace construit
la notion de vulnérabilité. Des centaines de millions
d’euros sont dépensés chaque année
en Europe pour la maintenance des pentes à risques ainsi
que pour les infrastructures de protection.
Cette étude réalisée dans le cadre de deux
thèses (Julien Lorentz et Sébastien Hentz) et
du programme départemental du PGRN a pour dessein d’améliorer
l’efficacité des ouvrages de protection en béton
contre les chutes de pierres. Ce travail a été
développé sur deux axes, dont l’un comprend
la validation d’outils numériques 3D développés
au sein du laboratoire 3S pour modéliser les ouvrages
de protection et l’autre sur la mise en œuvre d’une
campagne d’essais pour étudier la dissipation à
l’impact de nouvelles structures de protection. |
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Initiation
du projet |
Participation
du PGRN |
| Montant
du financement
(k€) |
10
k€ |
Part
du CG38 - PGRN |
5
% |
| (Co)-Financements |
? |
| Appréciation
du rôle du financement CG38 - PGRN |
Financement
d’une partie des tests. |
3)
Objectifs, méthodes et résultats
| Objectifs |
1)
Axe modélisation : valider les objectifs d’utilisation
et évaluer la réponse et les performance du nouveau
système de dalle de béton fortement armée
reposant sur des cylindres métalliques agissant en tant
qu’absorbeurs d’énergie (dalle conçue
- par la compagnie Tonello - pour résister directement
à un impact de roche qui l’endommage sur une zone
locale limitée à la zone de choc).
2) Optimiser les dispositifs de dissipation
à l’impact des ouvrages de protection en béton
qualifiés de « légers », c’est-à-dire
conçus pour des impacts de moyenne énergie (de
l’ordre de 1000 kJ). |
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Méthodologie |
1)
Test en vraie grandeur (laboratoire LOCIE, Chambéry)
et simulation numérique par la méthode aux Eléments
Discrets du comportement de la dalle expérimentale soumise
à l’impact de chutes de blocs tombant depuis une
grue, puis comparaison entre les résultats numériques
et expérimentaux.
Pour les mesures expérimentales, des jauges de contrainte
ont été placées dans la dalle, et les cellules
de déplacement ont enregistré le débattement
maximum de la face inférieure de la dalle à différentes
positions. Dans le modèle, l’endommagement est
calculé par élément et est exprimé
par le nombre de liens cassés par rapport au nombre de
liens initiaux.
2) Campagne d’essais en collaboration
avec le laboratoire LOCIE sur des structures dissipatives multicouches
constituées d’une dalle de béton armé,
dont on accepte le fort endommagement voire la destruction,
et qui repose sur une couche de matériaux granulaires
amortissants contenus dans des pneus de voiture.
A la suite des essais expérimentaux, les efforts transmis
par la structure sont quantifiés à l’aide
de différents capteurs (accéléromètre,
capteurs de forces et caméras rapides) reliés
à une station d’acquisition (fréquence d’échantillonnage
: 7000 Hz). |
|
Résultats |
1)
Les résultats de la simulation sont très cohérents
avec les résultats expérimentaux, qualitativement
(cinématique, endommagement et déformations des
fusibles) et quantitativement (déflexions maximum : les
erreurs relatives au déplacement maximum sont de l’ordre
de 5 à 8%).
Ces résultats confirment que cette approche discrète
peut être employée comme un outil prédictif
puissant pour la conception des structures de sûreté.
2) Premiers résultats (étude
en cours) : Lors de l’impact, la dalle est endommagée
mais n’est pas perforée (l’armature retient
l’impacteur). Mise en évidence de 3 phases durant
l’impact (réponse de la dalle en béton armé
poinçonnée avec un effort au pic d’impact
de 300 kN ; déformation globale de la structure avec
un effort au pic de 90 kN ; rebond de l’ensemble de la
structure avec un effort d’impact transmis de 25 kN).
Ces premiers résultats permettent de proposer une technologie
innovante avec un faible coût de réalisation. |
4)
Débouchés du projet
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Utilisateurs
finaux potentiels |
-
Concepteurs d’ouvrages de protection contre les chutes
de blocs.
-
IMSRN (dimensionnement des
ouvrages).
- Autres bureaux d'études. |
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Production
scientifique |
-
Méthodologie innovante
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles |
| Produits
délivrables |
Logiciel
libre accessible à la communauté |
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Partenariats |
-
Préexistant
- Qui se poursuit |
| Retombées
du projet |
Les
partenaires industriels rallongent pour effectuer de nouveaux
tests. |
5)
Valorisation du projet
| Publications
et communications |
-
Lorentz J., F.V. Donzé, P. Perrotin and P. Plotto, Experimental
study of the dissipative efficiency of a multilayered protective
structure against rockfall impact, Revue Européenne de
Génie Civil, 10-3 , 295-308, 2006. [Lien
Web]
- Hentz S., F.V. Donzé and L.Daudeville, Discrete elements
modeling of a reinforced concrete structure submitted to a rock
impact, Italian Geotechnical Journal, XXXIX, n°4, 83-94,
2005. |
| Pages
Web |
-
Logiciel
libre accessible à la communauté : code SDEC,
code YADE : http://yade.berlios.de/index.php?m=100
- Page éléments discrets de F. Donzé :
http://geo.hmg.inpg.fr/frederic/Research_project_Discrete_Element_Software.html
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