|
Titre
du projet |
Caractérisation
expérimentale du comportement mécanique sous
impact d'éléments cellulaires constitutifs de
merlons pare-blocs |
| Type
d'aléa |
Mouvements
de terrain - éboulements - chutes de blocs |
| Mots-clés |
Chutes
de blocs - Expérimentation - Dissipation - Gabion |
| Champs
disciplinaires |
Mécanique |
1) Organismes et auteurs
| Organisme
pilote |
Cemagref
ETNA |
| Organisme(s)
associé(s) |
|
| Coordonnateur |
Stéphane
LAMBERT |
| Participants |
LIRIGM
/ France Maccaferri |
2) Contexte du projet
| Site(s)
d'étude |
Expérimentations
menées sur le site de la carrière de Grésy
sur Aix (73) géré par le LOCIE (Université
de Savoie) et rattaché à la structure fédérative
RNVO qui a financé l’équipement de largage |
|
Contexte
de l'étude |
L’accroissement
du nombre des infrastructures accompagnant la croissance démographique
des zones de montagne conduit de plus en plus souvent, sur
des espaces réduits, à la confrontation avec
des aléas propres à ces zones. Alors que l’on
construisait loin des zones potentiellement exposées
au risque, on cherche maintenant à occuper des surfaces
en les soustrayant à l’aléa par la construction
d’ouvrages de protection. Pour relever ce défi,
les politiques publiques doivent être accompagnées
par la communauté scientifique, la contribution de
celle-ci portant sur le développement de méthodes
et d’outils pour la conception et la validation d’ouvrages
de réduction du risque qui soient économiquement
supportables. Pour les instabilités gravitaires, la
réduction du risque peut être opérée
à différentes étapes du processus d’instabilité
suivant une stratégie dite « active » prévenant
le départ des matériaux en participant à
leur stabilisation ou suivant une stratégie dite «
passive » visant à contrôler la trajectoire
des éléments. Cependant, le dimensionnement
des ouvrages de lutte passive contre les phénomènes
gravitaires est confronté à la complexité
des phénomènes mis en jeu ainsi qu’au
manque de connaissances et à la spécificité
des sollicitations appliquées par ces phénomènes
sur les ouvrages de protection. Par manque de connaissance
scientifique, on procède souvent à un surdimensionnement
des ouvrages. Il en va ainsi des ouvrages contre les chutes
de blocs.
Ce projet s’inscrit dans un programme de recherche pluriannuel
visant à améliorer la conception et le dimensionnement
de ce type d’ouvrages. L’objectif final à
atteindre est l’établissement de règles
de calcul permettant la construction d’ouvrages optimisés,
du point de vue technique et économique. Ce programme
s’intéresse plus précisément à
des merlons composites dont le principe technologique repose
sur l’utilisation d’éléments préfabriqués.
Dans le cas ciblé, chaque élément peut
se présenter sous la forme d’une cellule grillagée,
ouverte ou fermée, remplie d’un matériau
dont les caractéristiques (nature, granulométrie…)
peuvent être adaptés en fonction du rôle
de la cellule lors de l’interception d’un bloc
rocheux par l’ouvrage. Ces différents éléments
peuvent glisser ou non les uns par rapport aux autres, permettant
de diffuser et dissiper l’énergie cinétique
des blocs incidents. Ce type de structure présente
une souplesse importante qui limite les concentrations de
contraintes, lesquelles pourraient être préjudiciables
à la stabilité de la partie aval de l’ouvrage.
La modularité résultant de la nature cellulaire
de ce type d’ouvrage offre des possibilités d’adaptation
et d’évolution par rapport au site et également
au cours de la vie de l’ouvrage. Par rapport aux structures
existantes, ce type d’ouvrage a pour finalité
l’interception de blocs d’énergie modérée
dans des zones à forte contrainte d’emprise au
sol.
Ce programme de recherche se compose de deux volets indépendants
: un volet numérique (thèse de D. Bertrand)
et un volet expérimental (thèse de S. Lambert).
Ces deux volets abordent chacun les différentes échelles,
depuis les matériaux constitutifs jusqu’à
l’ouvrage. Dans une première phase, l’étude
s’est focalisée sur des sollicitations statiques
et dans une seconde des sollicitations dynamiques sont étudiées.
Le programme débuté fin 2002 a permis de modéliser
en 3D le comportement des cellules sous sollicitation quasi-statique.
Cette avancée a été possible par la réalisation
d’expérimentations en quasi-statique ayant fourni
les données de calage et de validation pour le modèle.
Cette étape était préliminaire à
l’étude sous sollicitations dynamiques, laquelle
a été engagée au niveau numérique
dans l’attente des données expérimentales
attendues à l’issue de ce projet. Les précédents
travaux expérimentaux ont principalement concerné
les matériaux constitutifs des cellules ainsi que le
comportement sous chargement pseudo-statique de cellules seules.
Ces expérimentations ont apporté des données
essentielles à la compréhension phénoménologique
du comportement des cellules. La résistance sous chargement
statique des cellule a été mesurée et
l’influence des paramètres gouvernant leur comportement
a été mise en évidence. Au niveau numérique,
la majeure partie du travail de modélisation a été
menée à bien ; une des précédentes
étapes de ce programme ayant été soutenue
par le PGRN en 2003. Le présent projet a une portée
expérimentale avec pour objet le comportement sous
sollicitations dynamiques des cellules constitutives des structures
de protection proposées. |
| Programme
plus vaste |
Programme
de recherche pluriannuel visant à améliorer la
conception et le dimensionnement des merlons pare-blocs (RNVO) |
|
Initiation
du projet |
Participation
du PGRN |
| Montant
du financement
(k€) |
5
k€ |
Part
du CG38 - PGRN |
24
% |
| (Co)-Financements |
Cemagref
(16 k€) - Coût total : 21 k€ |
| Appréciation
du rôle du financement CG38 - PGRN |
Acquisition
du matériel (instrumentation spécifique) + un
stagiaire. |
3)
Objectifs, méthodes et résultats
|
Objectifs |
-
Comprendre phénoménologiquement le fonctionnement
sous impact des cellules, notamment en fonction du matériau
de remplissage et de l’énergie du bloc impactant
et quantifier la capacité dissipative de chaque type
de cellules ;
- Préparer une campagne expérimentale prévue
sur le site de Rovon (Isère). Ce site, piloté
par le LCPC et géré par le CETE de Lyon, devrait
permettre à partir de 2006 l’investigation expérimentale
de la réponse globale d’ouvrages, de taille réelle
ou semi-réelle, soumis à l’impact de blocs
rocheux. Ces essais à l’échelle d’un
ouvrage, parce qu’ils sont lourds à mettre en
place et coûteux, nécessitent des investigations
préliminaires ;
- Accompagner la démarche de modélisation numérique
3D des cellules soumises à une sollicitation dynamique
en fournissant des données de validation obtenues dans
des conditions bien maîtrises. |
| Méthodologie |
-
Campagne expérimentale d’essais de largages,
depuis des hauteurs variables (4 à 7 m), d’un
impactant équipé d’un accéléromètre
(tri-axial piézoélectrique de capacité
+ / - 500 g) sur différents types de cellules placées
sur un socle indéformable en béton armé
(2500 kg), reposant sur trois capteurs de force.
L’impactant est une coque en acier sphérique
de 540 mm de diamètre et de 12 mm d’épaisseur
remplie de béton fibré (poids de 250 kg, masse
volumique proche de 30,3 kN/m3). Lors de l’impact, on
mesure l’accélération du bloc et l’effort
transmis par le socle à la dalle. Les capteurs de force
(capacité de 500 kN) permettent une analyse comparative
des efforts transmis par la cellule lors de l’impact,
faisant référence à leur capacité
dissipative. L’acquisition est effectuée par
le biais d’une centrale de mesure reliée à
un ordinateur (fréquence 20kHz, fréquence de
coupure 10kHz). Lorsque la luminosité le permet, les
essais sont filmés à titre phénoménologique
avec un caméscope numérique de fréquence
25 Hz.
- A partir des données, on détermine notamment
la valeur maximale de la force transmise par l’impactant
Fimp, la valeur de la force aux appuis au premier pic FApic,
et l’atténuation des forces comme étant
le rapport entre Fimp et FApic.
- Développement d’un modèle numérique
aux éléments discrets permettant de reproduire
le comportement de cellules et simulation de la cellule sous
sollicitation dynamique. |
| Résultats |
L’étude
a permis de définir les plages de variation des grandeurs
à mesurer, a mis en évidence les limites de
la méthode expérimentale, et a fourni des éléments
de compréhension phénoménologique du
fonctionnement des cellules sous impact, en soulignant l’influence
de certains paramètres.
1 - Constats tirés de l’expérimentation
:
- Pour une même configuration la variabilité
est importante, ceci étant dû à la nature
grossière du matériau de remplissage.
- Le confinement affecte le comportement de la cellule par
une augmentation de la valeur de force à l’impact
Fimp, et par une réduction de la durée de l’impact.
- Les forces Fimp et FApic et l’enfoncement montrent
une dépendance à l’énergie cinétique.
- L’utilisation de sable en temps que matériau
de remplissage conduit à une réduction des valeurs
Fimp et FApic, mais à un moindre enfoncement de l’impactant.
- Concernant plus spécifiquement l’atténuation,
le confinement conduit à une augmentation de la valeur
de force transmise par rapport à la vitesse maximale
de force appliquée (à expliquer…).
- Pour un même type de cellule, l’atténuation
est fonction de l’énergie cinétique.
2 - Calage et validation du modèle
de simulation. |
4)
Débouchés du projet
| Utilisateurs
finaux potentiels |
Chercheurs
Cemagref, France Maccaferri (producteur, fabrcant et distributeur
de gabions) + Potentiellement : le RTM (au premier chef) |
|
Production
scientifique |
-
Méthodologie innovante
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles |
| Partenariats |
-
Préexistant (depuis 2002)
- Qui se poursuit (probablement : en standby)
La thèse
de D. Bertrand a été montée sur cette
base. |
|
Retombées
du projet |
Investigations
pas encore transférables vers l’ingénierie
: travail en cours |
5)
Valorisation du projet
| Publications
et communications |
Publications
associées au projet :
-
Bertrand D., Nicot F., Gotteland P., Lambert S. (à paraître)
« Modelling a geocomposite cell using discrete analysis
». Computers and Geotechnics.
Communication orale :
- Impact behaviour of innovative rockfall protection cellular
structures: experiments and modelling. Lambert S., Bertrand
D., Gotteland P., Nicot F. EGU, Vienne, 2-7 avril 2006.
Communication écrite :
- Comportement mécanique de géo-cellules impactées
– application aux ouvrages pare-blocs. Lambert S., Gotteland
P., Bertrand D., Nicot F. Journées Nationales de Géotechnique
et de Géologie. 27-29 JUIN 2006. |
| Pages
Web |
Rapport
disponible : http://www.grenoble.cemagref.fr/etna/resultats/program_region/LAMBERTNEWPGRN.pdf |
|
