Modélisation du comportement mécanique d'une structure cellulaire soumise à une sollicitation dynamique localisée : application aux structures de protection contre les éboulements rocheux

Modelling of the mechanical behaviour of a cellular geo-composite structure under dynamic impat loading : application to rockfall protection structure

• Auteur / Autrice : David Bertrand
• Direction : Denis Jongmans, François Nicot, Philippe Gotteland
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil et mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éboulements

Impact

Risques naturels

Mots clés libres

Merlon de protection

Chute de pierres

Multi-échelles

Méthode aux éléments distincts

Modélisation numérique

Résumé

Cette thèse porte sur la modélisation et la caractérisation mécanique sous sollicitation dynamique d'impact d'une structure de protection contre les chutes de blocs rocheux. L'ouvrage est un merlon construit à partir d'un assemblage de cages grillagées parallélépipédiques remplies d'un matériau granulaire (ou cellules). Une approche multi-échelles est utilisée pour l'étude du comportement de l'ouvrage. La méthode aux éléments distincts est employée pour la modélisation numérique de la structure et de ses composants. Le grillage à maille hexagonale des cellules est modélisé à partir d'une description discrète de la nappe. Le comportement élasto-plastique du métal est décrit jusqu'à la rupture. Après le couplage du grillage avec le milieu granulaire effectué sous le même environnement de calcul, le comportement mécanique d'une cellule est étudié suivant différents chemins de sollicitation en conditions quasi-statiques puis dynamiques. De ces essais, un modèle constitutif représentatif du comportement macroscopique d'une cellule est proposé permettant le passage à l'échelle de la structure. Cette dernière est modélisée à partir d'éléments discrets dont les interactions sont décrites par le modèle constitutif. L'étude du comportement de l'ouvrage face à une sollicitation dynamique localisée est effectuée dans le but d'identifier l'influence des paramètres structurels et l'influence des conditions d'impact.

This thesis is dedicated to the modelling and to the mechanical analysis of a rockfall protection barrier under dynamic impact. The considered rockfall dam is built with an assembly of parallelepiped cells. Cells are wire netting cages filled with granular material. A multi-scale approach is proposed to study the behaviour of the structure. In order to model the rockfall protection dam and its components, the distinct element method is used. The double twisted hexagonal mesh of the cells is described by a discretization of the wire netting sheet. The elasto-plastic behaviour of the wire mesh is considered until the failure. After the coupling of the wire mesh with the granular material under the same computing environment, the mechanical behaviour of a single cell is explored under different loading paths in quasi-static and dynamic conditions. Form these tests, a constitutive model representative of the macroscopic behaviour of the cell is proposed in order to model the structure. Discrete elements are used to model the structure. The interactions between these elements are described by the constitutive model of the cell. The study of the structure behaviour submitted to a dynamic loading is carried out to show the influence of structural parameters and the influence of impact conditions.