Document technique : Cadre pour la conception optimisée des remblais de protection contre les chutes de blocs renforcés avec des géosynthétiques, partie 1

Par Pietro Rimoldi, consultant indépendant en génie civil et Nicola Brusa, ingénieur civil indépendant chez Tailor Engineering

Dans cet article technique, les auteurs proposent un cadre pour la méthode de conception optimisée des remblais de protection contre les chutes de pierres en sol renforcé géosynthétique (RS-RPE).

En raison de la variabilité de la géométrie, du matériau de remblai du sol, de la construction du remblai, des diverses options de renforcement, des interactions entre le sol et le renforcement et du comportement dynamique du sol, une procédure de conception cohérente n'a pas encore été développée.

À l'heure actuelle, les réglementations ou directives de conception pour les remblais renforcés soumis à des impacts dynamiques sont encore assez vagues et basées sur des données supposées, la plupart provenant de l'extérieur du domaine géotechnique. Il n'y a pas beaucoup de recherches spécifiques disponibles sur le sujet, et aucune formulation analytique ne s'est avérée suffisamment solide pour fournir aux concepteurs une méthode de conception simple et réalisable.

Les auteurs pensent que cet article peut fournir une analyse complète des phénomènes impliqués dans les impacts à haute énergie sur RS-RPE. L'objectif de cet article est de développer un cadre pour la conception optimisée de RS-RPE, applicable à toutes les situations d'intérêt pratique en termes d'impacts de conception, de configurations de remblais et d'options de renforcement.

Dans cet article, les auteurs ne décriront pas les différents types d'impacts, les types d'événements de chutes de blocs, l'analyse des trajectoires, ni la définition statistique de la masse, de la vitesse et de l'énergie d'impact, mais se concentreront uniquement sur la conception du RS-RPE pour l'impact critique donné.

Dans la partie 1, l'article présente un examen critique des méthodes de conception et des lignes directrices actuelles disponibles pour les RS-RPE, ainsi qu'une analyse des programmes de recherche de test à grande échelle disponibles dans la littérature pour identifier les mécanismes des impacts de rochers sur un RS-RPE. et la contribution du système de parement amont sur les performances de l'ouvrage. L'article présente donc la procédure de conception proposée, illustrée plus en détail par des organigrammes de conception.

Dans le prochain numéro de GE, en partie 2, les auteurs présenteront une méthode de conception originale pour RS-RPE soumis à des impacts de roches à haute énergie. En considérant un impact totalement inélastique, il est possible de calculer l'énergie d'impact, qui produit la déformation en compression (le cratère) sur la face amont, et l'énergie résiduelle, qui se propage vers le côté vallée et produit l'extrusion de la face aval ; l'énergie résiduelle d'impact est supposée se propager dans un cône de diffusion, qui s'écarte latéralement de l'empreinte d'impact d'un angle d'étalement α, tandis qu'en haut et en bas, le cône est limité par les surfaces horizontales tangentes à l'empreinte d'impact. La résistance à la déformation en compression vers le haut, fournie par le système de parement, est prise en compte par un facteur empirique, proportionnel à la capacité d'absorption d'énergie du système de parement lui-même. La résistance à l'extrusion descendante est assurée par la résistance au cisaillement direct du sol et par la résistance à l'arrachement des nappes de renforcement incluses dans le cône de diffusion. À partir de l'énergie d'impact et de la déformation totale (montée + descente), il est possible de calculer la force horizontale produite par l'impact sur la structure RS-RPE ; cette force est ensuite utilisée pour vérifier les conditions de stabilité globale, externe et interne.

Dans les régions montagneuses et vallonnées, les infrastructures et les personnes sont souvent menacées par des chutes de pierres rapides et destructrices. Alors que les rochers qui tombent peuvent avoir des vitesses extrêmement élevées, jusqu'à 30 m/s, ces événements impliquent un schéma complexe de mouvement (par exemple, détachement, chute, roulement, glissement et rebond) d'un ou plusieurs fragments de roche (Peila et al, 2007).

Les remblais de protection contre les chutes de pierres (RPE) se sont révélés être une mesure sûre pour protéger les personnes, les structures et les infrastructures contre les chutes de pierres (Figure 1), et ils sont utilisés partout dans le monde.

Les RPE peuvent être construits sous forme de remblais de sol non renforcés ou renforcés et conçus pour absorber des énergies d'impact moyennes à élevées (1 000 kJ à 30 000 kJ). Selon leurs caractéristiques, ces structures pourraient résister à de multiples impacts.

Les RS-RPE peuvent être construits dans différentes formes et tailles pour s'adapter au site, en utilisant une large gamme d'éléments de renforcement internes (géogrilles, géostrips, géotextiles et treillis métalliques) et de systèmes de revêtement (enveloppant, gabions, géocellules, sacs de sable, pneus et etc.), dont certains procurent un effet d'amortissement sur le versant du versant.

Grâce à une combinaison de déformation et de compactage interne du sol, ainsi qu'à la résistance à la traction et à l'arrachement des renforts géosynthétiques, les RS-RPE absorbent l'énergie d'impact des chutes de blocs rocheux.

Selon Peila et al. (2002), les remblais renforcés sont la solution la plus appropriée dans les zones où les chutes de blocs sont censées avoir des volumes ou des vitesses suffisamment importants pour franchir la résistance maximale des barrières de protection contre les rochers en grillage traditionnel ou lorsqu'il s'agit d'infrastructures importantes et critiques telles que les montagnes. les autoroutes ou les voies ferrées, ainsi que les zones peuplées.

Les RS-RPE peuvent offrir des avantages importants par rapport aux RPE :

De plus, chaque fois que des géosynthétiques, et en particulier des géogrilles ou des géostrips, sont utilisés comme éléments de renforcement, les avantages suivants sont également introduits :

Les RS-RPE sont utilisés depuis plus de 50 ans. De nombreux travaux de recherche (voir section suivante) ont été menés depuis les années 1980 dans le but d'améliorer leur conception, notamment en ce qui concerne la capacité de l'ouvrage à résister à l'impact. Certaines de ces recherches ont été adoptées par les pratiques d'ingénierie, soit par le biais de recommandations nationales, soit par le biais de méthodes de conception. En particulier, certaines recommandations ont été publiées pour définir la géométrie de la structure (hauteur de la structure et inclinaison de la face) et plusieurs méthodes d'ingénierie ont été développées au cours des deux dernières décennies pour prédire la capacité du RS-RPE à résister aux impacts.

Bien que les méthodes de conception des remblais permettant d'évaluer le contrôle de la trajectoire et la stabilité à l'impact se soient améliorées, un certain nombre de limites ont été identifiées, comme expliqué ci-dessous.

La conception RS-RPE doit tenir compte des mécanismes dynamiques complexes se produisant lors de l'impact, qui dépendent de l'énergie d'impact, des matériaux et des caractéristiques géométriques du remblai, des propriétés et de la disposition des armatures (c'est-à-dire espacement et distribution longitudinale/transversale). En conséquence, les modèles analytiques disponibles ne sont pas encore satisfaisants à cette fin. Ils ne donnent pas de bonnes estimations des forces d'impact, de la pénétration des blocs et de l'extrusion en descente, ainsi que des forces de dissipation d'énergie.

Des modèles numériques et des analyses par la méthode des éléments finis (FEM) ont été développés au cours de ces années, mais ces méthodes nécessitent une validation, qui est la plupart du temps basée sur des expériences coûteuses à échelle réelle impliquant des énergies d'impact élevées pour simuler l'impact réel. Dans ce cas, les modèles numériques pourraient être utilisés à des fins de recherche, conjointement avec des expériences à grande échelle, pour améliorer les modèles analytiques pour différents cas de chargement.

Les modèles numériques peuvent être utiles pour évaluer les effets des impacts de blocs sur les RS-RPE, même si souvent de tels modèles représentent le remblai de sol renforcé comme une masse de sol avec une rigidité accrue, sans tenir compte du type de renforcement et des performances, qui ne sont toujours pas abordés. De plus, modéliser de manière satisfaisante la réponse à l'impact des EPR nécessite la définition de lois de comportement et de caractéristiques mécaniques, ce qui est généralement difficile compte tenu du caractère impulsif et dynamique des charges d'impact.

Par conséquent, la conception des RPE a été basée, jusqu'à présent, sur des approches simplistes, ne considérant la dynamique que dans une moindre mesure. De plus, il n'y a pas de lignes directrices précises pour la performance des RS-RPE.

Les directives les plus complètes disponibles dans le monde pour les RPE sont les directives italienne (UNI 11211-4:2018) et autrichienne (ONR 24810:2020), toutes deux également référencées par la New Zealand Geotechnical Society (NZGS)/Ministry of Business Innovation & Conseils pour l'emploi (MBIE) (MBIE, 2016). Dans ces directives, les RPE peuvent être renforcés soit avec des éléments en acier, soit avec des géosynthétiques et il est clair dans ces documents que les couches de renforcement améliorent considérablement la capacité d'un remblai à résister aux impacts.

La norme italienne UNI 11211-4:2018 fournit des recommandations pour les données d'entrée nécessaires à la conception des RPE. Mais il ne précise pas comment utiliser les données d'entrée pour vérifier la réponse de la structure à un impact donné ; il est seulement indiqué comment la pénétration du bloc doit être comparée à la largeur de la section RPE. De plus, ces lignes directrices se réfèrent au cas d'un volume de bloc unique donné dans une zone de libération donnée. La conception du RPE doit définir la hauteur d'impact, la vitesse du bloc et l'énergie cinétique du bloc de conception, telles qu'obtenues à partir de l'élaboration statistique des simulations de trajectoire, comme le centile à 95 % de la distribution statistique de ces paramètres. La norme recommande que tous les blocs d'un scénario de lancement donné soient arrêtés. La principale limitation de cette norme est qu'aucune indication n'est donnée pour la conception du RPE par rapport à l'impact du bloc.

Les méthodes analytiques actuellement disponibles développées au fil des ans sont basées sur la pénétration de blocs ou la force d'impact pour fournir aux ingénieurs de conception des outils faciles à utiliser. Cependant, leur applicabilité peut être limitée en raison de l'incertitude associée à leurs hypothèses et calculs, qui ne sont pas nécessairement liés à la géotechnique ou à la mécanique des roches.

Comme mentionné par Lambert & Kister (2017):

De plus, en comparant les données expérimentales et les résultats obtenus avec les méthodes analytiques disponibles et avec les modèles numériques disponibles, les principaux résultats suivants ont été obtenus (Peila et al, 2007) :

En résumé, l'évaluation analytique et théorique de l'effet de l'impact de blocs à haute énergie cinétique contre un remblai en sol renforcé est très difficile, en raison du comportement plastique du sol et des grandes déformations qui se produisent lors de l'événement dynamique.

Historiquement, la conception d'un RS-RPE reposait sur des calculs issus d'essais sur l'effet de l'impact d'un projectile contre le remblai ou d'études d'impact de chutes de blocs sur des abris en enrochement recouverts d'un coussin de terre. Seul un nombre limité d'essais grandeur nature ont été réalisés (voir section suivante) pour bien comprendre le comportement d'un RS-RPE dans les conditions réelles de l'impact d'un bloc rocheux.

Étant donné que les RS-RPE ont généralement des sections transversales trapézoïdales, de 3 m à 8 m d'épaisseur au centre de l'impact, généralement constitués d'un sol non cohésif frottant, renforcé de plusieurs couches de géosynthétique avec des résistances à la traction comprises entre 50 kN/m et 300 kN/m, et soumis à des impacts de blocs de formes différentes (plus souvent cubiques ou sphériques), se déplaçant à 1m/s à 30m/s, qui génèrent une énergie d'impact de l'ordre de 1000kJ à 30000kJ, il est clair que les modèles cités ci-dessus sont difficilement applicable aux vrais RS-RPE.

Les résultats des tests à grande échelle sont importants pour comprendre le comportement des RS-RPE sous des impacts à haute énergie de blocs de roche, comme expliqué ci-dessous.

Peila et al (2002) ont effectué des tests à grande échelle avec des impacts produits par des blocs cubiques en béton à bords lisses, pesant de 5 t à 10 t, ayant une vitesse au point d'impact d'environ 31,7 m/s et une énergie cinétique pouvant atteindre 4 354 kJ. Des modèles FEM des essais d'impact ont été développés pour améliorer la compréhension des phénomènes dynamiques.

L'impact sur le RS-RPE, illustré à la figure 2 (a) à gauche, renforcé par des géogrilles extrudées et un parement enveloppant, a produit un cratère sur le versant d'une profondeur maximale d'environ 1 m tandis que du côté de la vallée un grand déplacement d'environ 0,9 m a été observé. Le déplacement maximal mesuré côté vallée est concentré ou plutôt confiné par les armatures sur les deux couches de renfort impliquées dans l'impact. Après l'essai, le remblai renforcé a été creusé et une fissure de tension a été observée (Figure 2(b)) ; cette fissure de tension se situait à 0,6 m sous le sommet, puis s'étendait vers l'intérieur vers le bas en suivant presque la forme du rocher. La fissure de tension mesurait environ 140 mm de large. La fissure de tension a pratiquement séparé la masse de sol en deux parties.

Figure 2 (a) (en haut) Coupes transversales du RS-RPE testé ; Figure 2 (b) (en bas) la fissure de tension telle qu'observée après le premier test (d'après Peila et al, 2002). La fissure de tension a pratiquement séparé la masse de sol en deux parties.

Après les deux autres tests d'impact, chacun développant environ 4 300 kJ, il a été démontré qu'une telle barrière peut arrêter jusqu'à trois blocs de haute énergie avant de s'effondrer. L'effondrement était dû à la défaillance des couches de renforcement et à la perte de compactage du sol.

Un autre essai d'impact a été réalisé pour évaluer le comportement d'un remblai non armé à parois abruptes ayant la même forme et la même géométrie que le remblai renforcé ; toute la structure s'est effondrée juste après l'impact, mais le bloc a été arrêté par le remblai, arrêtant son vol après avoir pénétré à l'intérieur de la face avant sur environ 1,5 m. La mesure des déformations côté vallée était impossible en raison de l'effondrement du remblai. Il est important de noter que le remblai non armé s'est rompu sur deux faces perpendiculaires au parement, donc sans propagation latérale de la charge d'impact.

Un essai supplémentaire a été réalisé pour évaluer l'influence du coffrage de parement en treillis métallique (Figure 2(a) à droite) sur le comportement global du remblai. Après l'impact, un cratère d'une profondeur maximale de 0,9 m a été mesuré, tandis que la déformation du côté de la vallée a montré des déplacements d'environ 1 m, dus au fait que les géogrilles enveloppant les couches trois et quatre (à partir du haut) ont été retirées, permettant ainsi grandes déformations à avoir lieu.

Un essai avec un remblai de sol légèrement plus faible a été utilisé pour la construction du remblai renforcé, afin d'évaluer le rôle de la plasticité et de la résilience du sol dans la phase d'impact et post-impact. Le rocher a produit un grand cratère d'une profondeur maximale d'environ 2 m, impliquant quatre couches de sol. Du côté de la vallée, un déplacement maximal de 0,8 m a été mesuré.

Ces essais ont clairement montré que la profondeur du cratère côté coteau et l'extrusion côté vallée dépendent, à géométrie égale du RS-RPE, de la propriété et de l'agencement des armatures, des propriétés de remblai et du type de parement côté coteau. . Le fait que les géogrilles n'aient pas rompu lors des essais valide l'hypothèse d'un comportement parfaitement élastique de l'armature et d'une résistance et d'un module dynamiques accrus sous charges impulsives.

D'autres tests à grande échelle sont disponibles dans la littérature, et ces publications confirment fondamentalement l'analyse ci-dessus, tout en fournissant des résultats supplémentaires liés à différents types de systèmes de parement sur le versant du RS-RPE.

Yoshida et Nomura (tel que rapporté par Yoshida, 1999) ont effectué neuf tests, avec une énergie d'impact comprise entre 58 kJ et 2 700 kJ, sur un RS-RPE avec un système de revêtement comprenant deux types de sacs remplis de sable (Figure 3). Ces tests ont montré qu'un système d'amortissement à flanc de colline peut réduire la profondeur du cratère et peut simplifier l'entretien post-impact de la structure à flanc de colline ; même si l'extrusion sur la face côté vallée n'a été que légèrement réduite par un tel système à double sac.

Figure 3. Tests effectués par Yoshida et Nomura sur un RS-RPE avec un système de parement comprenant deux types de sacs remplis de sable : (a) croquis de l'impact d'un rocher sur le RS-RPE ; (b) coupe transversale du RS-RPE montrant le système de parement (d'après Yoshida, 1999).

Lambert et al (2009) ont réalisé des essais sur une structure constituée d'un mur sandwich adossé à un remblai en sol renforcé (Figure 4). Les cages de gabions étaient constituées d'un treillis métallique hexagonal avec un maillage de 80 mm sur 120 mm. Les cages de gabions sont de forme parallélépipédique, subdivisées en trois ou deux parties de 1m3. Les matériaux de remplissage étaient des matériaux non cohésifs à grains grossiers ou fins. Ce dernier était constitué de sable seul ou en mélange contenant 30 % en masse de pneus usés. Lambert et al (2009) rapportent que, lors de l'impact, l'énergie cinétique du bloc est transférée au remblai via l'onde de compression. Il a été montré que l'onde de compression se propage progressivement du point d'impact à l'ensemble de la structure, à l'intérieur d'un cône. A l'approche du parement opposé à la face impactée, l'onde d'énergie a entraîné une augmentation du déplacement du sol. Ces résultats suggèrent que les caractéristiques mécaniques des matériaux près du parement avant régissent l'interaction bloc-structure et par conséquent la force d'impact, avec des conséquences sur la contrainte transmise à l'intérieur de la structure, tandis que les caractéristiques de l'ensemble de la structure régissent sa réponse et sa capacité à survivre. la charge d'impact. Lambert et al (2009) ont ajouté que les méthodes de conception pertinentes devraient pouvoir tenir compte de l'interaction rocher-structure-face, et de ce que l'on appelle l'effet de contrefort du reste de la structure.

Figure 4. Tests réalisés par Lambert et al. (2009) sur un RS-RPE avec un système de parement comprenant des gabions remplis de remblais grossiers et fins.

Maegawa et al (2011) ont mené des essais de chute de blocs sur des remblais grandeur nature renforcés par des géogrilles et protégés par une couche de rembourrage de 800 mm d'épaisseur constituée de géocellules, d'une hauteur de cellule de 150 mm, remplie de pierres concassées de 5 mm à 13 mm de diamètre (Figure 5). Sous une énergie d'impact de 2,71 MJ, le cratère avait une profondeur maximale de 1 900 mm, tandis que la saillie maximale était de 441 mm. Ainsi, selon Maegawa et al (2011), la couche coussin est bien endommagée en échange de jouer le rôle d'absorbeur pour le remblai, mais elle peut être reconstruite facilement. Au contraire, il n'est pas si facile de réparer le remblai endommagé par l'impact direct d'un rocher. Par conséquent, une couche de coussin est efficace non seulement pour protéger les remblais mais aussi pour réduire les coûts du cycle de vie.

Figure 5. Le RS-RPE testé par Maegawa et al. (2011), avec un système de parement composé de géocellules : (a) (en haut) coupe montrant le système de parement de géocellules ; (b) dimensions (inférieures) des RS-RPE testés

Green (2019) a effectué des tests où les énergies d'impact étaient délivrées au RPE via un bogey roulant équipé d'une tête d'impact sphérique. La tête d'impact consistait en un dôme sphérique en acier renforcé de béton et rempli de béton de 1 m de diamètre. Le RPE testé (Figure 6) utilisait une configuration modifiée de blocs de digue avec une couche de dissipation d'énergie en pente ascendante composée de paniers de gabions remplis de sable et de roche. Les blocs de béton mesuraient 2 m sur 1 m sur 1 m et pesaient environ 5 000 kg. Les paniers de gabions mesuraient 2 m sur 0,5 m sur 0,5 m. Même si la structure testée est un RPE non armé, c'est intéressant car les deux faces sont verticales, donc il n'y a pas de variation de la section avec la hauteur. Les résultats des tests ont montré que, lorsque l'impact se produit plus près de la base ou du sommet, les contraintes verticales supérieures ou inférieures sur le plan de glissement (qui sont les mêmes à n'importe quelle élévation) augmentent ou diminuent les contraintes de cisaillement résistantes.

On peut donc en déduire que les déplacements horizontaux sont résistés par cisaillement direct sur les surfaces supérieure et inférieure du cône de glissement s'il n'y a pas de renforcement. S'il y a renforcement, les déplacements horizontaux sont résistés par l'arrachement des couches de renforcement à l'intérieur du cône. Tant pour le cisaillement direct que pour l'arrachement, la résistance diminue si l'impact est plus proche du sommet car des contraintes verticales plus faibles sont produites. Par conséquent, la résistance à l'extrusion vers le bas se produit par cisaillement direct en l'absence de renforcement, et à la fois par cisaillement direct et arrachement en cas de remblai renforcé.

Figure 6. (a) (en haut) Coupe transversale d'un mur modulaire de protection contre les chutes de pierres ; (b) (en bas) Mur d'essai A après le test 3 (glissement, 750 kJ) (d'après Green, 2019)

Comme indiqué par Lambert & Kister (2017), la réponse du RPE à l'impact, jusqu'à l'effondrement, peut être décrite comme un processus en quatre phases, comme proposé par Lambert et Bourrier (2013) (Figure 7).

Figure 7. Description schématique en 4 phases de la réponse de l'EPR à l'impact, jusqu'à l'effondrement (d'après Lambert & Bourrier, 2013). De gauche à droite : (a) Empreinte de l'impact de la roche ; (b) L'onde d'énergie produit une compression dans la masse de sol adjacente à l'empreinte de l'impact rocheux ; (c) après une certaine distance, l'énergie résiduelle produit l'accélération de la masse de sol au-delà du cratère et un mouvement horizontal vers l'extérieur ; (d) à la limite entre la zone comprimée et la zone "tendue", des fissures se forment et le massif de sol est séparé en deux parties.

Il est clair que le comportement des différents mécanismes évoqués ci-dessus dépend de l'énergie d'impact proportionnellement à la capacité d'absorption d'énergie du remblai. Pour les faibles énergies d'impact, la pénétration nécessaire pour arrêter le bloc et la contrainte générée au sein du remblai sont faibles. La déformation résiduelle de la face descendante est faible par rapport à la pénétration du bloc. L'énergie d'impact est dissipée par compactage et écrasement du sol au voisinage de la zone d'impact alors qu'une petite partie seulement se propage par ondes élastiques.

Bien sûr, en cas d'énergie d'impact plus élevée, la pénétration du bloc et les contraintes dans le remblai augmentent. Le déplacement en face descendante augmente et, pour les structures élancées, le déplacement peut tendre progressivement vers la valeur du déplacement en face montante. Et, plus le remblai est épais, plus le déplacement du front de descente est faible.

Il est également clair que les mécanismes dissipatifs se produisent par compactage du sol près du point d'impact et par dissipation par frottement le long des plans de cisaillement au-delà du cratère d'impact.

La dissipation globale d'énergie par compactage du sol reste prédominante pendant le processus d'impact, avec une proportion estimée d'environ 75% à 80% de l'énergie cinétique du bloc. L'influence des paramètres associés à la réponse en compression, à l'angle de frottement et à la masse unitaire sur le comportement de l'ensemble de la structure dépend de l'énergie d'impact, des dimensions de la structure et des conditions aux limites de la structure. Cette influence augmente avec l'énergie cinétique du bloc.

Le comportement d'un remblai soumis à un événement de chute de blocs dépend fortement de la hauteur d'impact, plus l'impact est proche de la crête, plus la pénétration est importante, avec des effets néfastes sur la stabilité de l'ouvrage.

Les couches de renforcement améliorent considérablement la capacité d'un remblai à résister à l'impact. De telles couches de renforcement, constituées de géogrilles, géostrips ou géotextiles, répartissent la charge d'impact le long de l'axe du remblai. La charge d'impact est ainsi répartie sur des masses de sol éloignées de part et d'autre de la zone impactée. Au voisinage de l'impact, l'effet de confinement induit par les nappes de renfort augmente la résistance à la pénétration du remblai. De plus, si le renforcement concerne également la face aval du RPE, la couche freine le déplacement de cette face et augmente ainsi la résistance à l'impact.

Enfin, il est important de noter que tous les tests montrent que le renforcement produit une augmentation de l'angle de répartition de la charge.

Le cadre proposé pour la conception des RS-RPE, présenté dans les sections suivantes, est cohérent avec toutes les preuves des mécanismes et du comportement des tests à grande échelle, comme expliqué ci-dessus.

Les auteurs suggèrent que la conception d'un RS-RPE soit réalisée en suivant ces étapes (voir figures 8 et 9) :

1. Effectuer une analyse des risques pour définir la taille, la forme et la masse du bloc de conception (les directives peuvent être trouvées dans ONR 24810 et UNI 11211)

2. Définir la position du RS-RPE, en tenant compte de son extension longitudinale et de sa hauteur par rapport aux trajectoires potentielles des blocs de conception et des objets ou infrastructures à protéger (des directives peuvent être trouvées dans ONR 24810 et UNI 11211)

3. Effectuez un calcul statistique des trajectoires des blocs pour définir la vitesse des blocs, la hauteur de rebond et l'énergie cinétique au point d'impact avec le RS-RPE (des progiciels spécifiques sont disponibles, par exemple Rocscience Rocfall 3, Geo Stru Geo Rock 3D, etc.)

4. Si les trajectoires ne correspondent pas à la position et/ou à la hauteur du remblai, revenir au point 2 et corriger la position et/ou la hauteur du RS-RPE

5. Sur la base des données d'impact de conception calculées au point 3, faire une conception préliminaire du RS-RPE, y compris la géométrie, le type et la disposition des armatures, le type de remblai et le système de parement

6. Effectuer des analyses de stabilité globale, externe et interne en tenant compte du RS-RPE et de la pente sur laquelle il est construit, en conditions statiques et, si nécessaire, en conditions sismiques (avant tout impact). Vérifier que les états limites ultimes (ELU) ne sont pas atteints (l'effondrement de la structure ne doit pas se produire ); tous les facteurs de sécurité doivent être supérieurs aux valeurs minimales requises par les normes géotechniques pour les analyses ELU en conditions statiques ou sismiques.

7. Effectuer des analyses dynamiques de l'impact de la conception, avec l'évaluation de la profondeur de pénétration côté coteau et de la longueur d'extrusion côté vallée, en suivant le cadre présenté dans la section suivante. Vérifier que les états limites de service (ELS) ne sont pas atteints (les déformations ne doivent pas affecter les autres structures et doivent permettre une réhabilitation et une réparation aisées du RS-RPE) ; notez que seule la composante horizontale de la vitesse d'impact est pertinente pour la conception du renforcement. Les conditions SLS suivantes doivent être vérifiées :

8. Effectuer des analyses de stabilité globale, externe et interne en considérant le RS-RPE et la pente sur laquelle il est construit, sous les forces dynamiques générées par l'impact, qui peuvent être définies selon le cadre présenté dans la section suivante. Vérifiez que les ELU (effondrement de la structure) ne sont pas atteints ; tous les facteurs de sécurité doivent être supérieurs aux valeurs minimales requises par les normes géotechniques pour les analyses ELU dans des conditions de chargement transitoire/impulsif.

9. Si une ou plusieurs analyses (ELU et/ou ELS) ne sont pas vérifiées, répétez la procédure à partir du point 5 et modifiez la conception du RS-RPE par essais et erreurs.

Noter que:

Lors de la conception préliminaire et finale du RS-RPE, les éléments suivants doivent être pris en compte :

Figure 8 : Organigramme du processus de conception du RPS (Système de protection contre les chutes de pierres) passif (modifié de MBIE, 2016). Pour la conception du RS-RPE, suivez l'organigramme de la figure 9.

Vert, R (2019). Développement et test d'un mur modulaire de protection contre les chutes de pierres pour atténuer les risques de pente induits par les tremblements de terre. NZ Geomechanics News, numéro 98 - décembre 2019.

Lambert, S et Kister, B (2017). Analyse des remblais d'éboulement existants de Suisse (AERES), Partie A. Irstea, Saint Martin d'Hères, France.

Lambert, S et Bourrier, F (2013). Conception des remblais de protection contre les chutes de pierres : Une revue, Engineering Geology, 154, pp 77 à 88, 2013.

Calvetti, F et di Prisco C, (2011). Une nouvelle méthode de conception des abris pare-pierres recouverts de couches granulaires. Dans : Lambert, S, Nicot, F. (Eds), Rockfall engineering. John Wiley and Sons, New York, ISTE ltd, Londres, pp343-373.

Grimod, A. et Giacchetti, G. (2013). Protection contre les impacts à haute énergie à l'aide de remblais en sol renforcé : conception et expériences. Science et pratique des glissements de terrain, Springer Berlin Heidelberg. Eds Margottini, Canuti, Paolo et Sassa, pp189-196.

Maegawa K, Yokota, T, Tran Van, P. (2011). Expériences sur les remblais de protection contre les chutes de pierres avec des géogrilles et des coussins. International Journal of Geomate, octobre 2011, vol. 1, n°1.

Lambert S, Gotteland P, Nicot F. (2009). Étude expérimentale de la réponse à l'impact des géocellules en tant que composants des remblais de protection contre les chutes de pierres. Risques naturels et sciences du système terrestre, 9, pp459–467, 2009.

Peila, D, Oggeri, C, Castiglia, C. (2007). Remblais renforcés au sol pour la protection contre les chutes de pierres : conception et évaluation d'essais grandeur nature. Glissements de terrain (2007) 4:255 à 265.

Peila, D, Oggeri, C, Castiglia, C, Recalcati, P, Rimoldi, P. (2002). Test et modélisation de remblais renforcés par géogrille soumis à des impacts de roches à haute énergie. Actes de la VIIe Internationale. Conférence sur les Géosynthétiques, Nice, France, pp133 à 136.

En ligneYoshida, H. (1999). Etudes expérimentales récentes sur le contrôle des chutes de pierres au Japon. Actes du séminaire scientifique conjoint Japon-Suisse sur la charge d'impact due aux chutes de pierres et la conception des structures de protection, Kanazawa, Japon, pp69 à 78.

Labiouse, V, Descoeudres, F, Montani, S. (1996). Etude expérimentale d'abris rocheux impactés par des blocs rocheux. Structural Engineering International 3, pp171 à 175.

Mayne, PW et Jones, SJ (1983). Contraintes d'impact lors du compactage dynamique. Journal of Geotechnical Engineering 109, pp1342 à 1346.

MBIE (2016). Chutes de pierres : Considérations de conception pour les structures de protection passive. Ministère de l'Entreprise, de l'Innovation et de l'Emploi, Direction de la Performance des Systèmes du Bâtiment. Wellington, Nouvelle-Zélande.

Kar, AK (1978). Pénétration de projectiles dans des structures enterrées. Journal of Structural Division, ASCE 104 (1), pp125 à 139.

ONR. (2020). ONR 24810 : Protection technique contre les chutes de blocs : modalités, effets, dimensionnement et évolution structurale, surveillance et maintenance. Institut autrichien de normalisation. Vienne, Autriche (en allemand).

UNI 11211-4 (2018). Travaux de protection contre les chutes de pierres – Partie 4 : Conception définitive et exécutive. UNI – Organisme italien de normalisation, Milan, Italie (en italien).

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