Barrières

Cette section traite des étapes pour générer les filets pour être facultativement considérés dans les simulations. La préparation d’un environnement de travail adapté dans le logiciel CloudCompare est d’abord abordée, en montrant comment simplifier le modèle de terrain pour un travail allégé, et comment placer des repères visuels au sol pour estimer l’espacement des poteaux et le suivi de la topographie. Ensuite, les étapes pour générer la base du filet, l’inclinaison en fonction de l’orientation du terrain et les prérequis pour les simulations sont détaillées.

Préparer l'environnement de travail

Le design de la mesure avec filets doit être fait en tenant compte de plusieurs critères, tel l’énergie d’impact, la hauteur des rebonds, la répartition de la structure qui doit être relativement homogène, l’accessibilité du terrain pour n’en nommés que quelques-uns. Pour faciliter cette tâche en 3D, il est avantageux de simplifier le terrain pour une manipulation du modèle fluide, détaillé dans la section « Terrain proxy ». Ensuite, placer des repères visuels facilite l’évaluation du site pour choisir les emplacements optimaux. Trois types de repères sont abordées ici, dans leur section respective : « Courbes topographiques », « Marquage points espacés » et « Marquage grille horizontale ». Finalement, la dernière section pour préparer l’environnement de travail montre comment ajouter des résultats de simulations préliminaires.

Terrain proxy

Cette étape n’est nécessaire que si le modèle de terrain utilisé pour les simulations est excessivement dense et lourd à gérer par l’ordinateur. Elle consiste simplement à générer un terrain plus léger, avec un espacement des points plus grand. Cela est fait selon les mêmes étapes que celles présentées à la section Terrain. Le nouveau terrain généré est ensuite « meshé » et une couleur blanche est attribuée au mesh ainsi créé.

Courbes topographiques

Cette étape consiste à générer des repères visuels pour pouvoir orienter le filet en suivant les lignes topographique le plus possible. Ces lignes peuvent être générées en segmentant le terrain à l’aide de tranches horizontales répétées le long de la dimension Z à l’aide de l’outil Cross Section. Ces tranches peuvent ensuite être transformées en lignes topographique sur le terrain en calculant la distance entre les tranches et le terrain, et en saturant, dans les SF display params, les couleurs affichées pour le Scalar field des distances. Ces couleurs peuvent ensuite être « enregistrée » en les convertissant en valeurs [ R, V, B ].

Marquage points espacés

Cette étape consiste à générer des repères visuels pour faciliter le choix de l’espacement des poteaux du filet à l’aide de points espacés de façon relativement homogène. La méthode est similaire à celle des lignes topographiques pour transférer les couleurs au terrain, à l’aide d’un calcul des distances. L’outil Subsampling est ici utilisé pour d’abord générer les points avec l'espacement souhaité.

Marquage grille horizontale

Cette étape consiste à générer des repères visuels pour faciliter le choix de l’espacement des poteaux du filet à l’aide d’une grille espacés de façon homogène. La méthode est similaire à celle des lignes topographiques, mais effectue les tranches selon les dimensions X et Y pour générer la grille souhaitée.

Ajout de trajectoires préliminaires

Finalement, pour la préparation de l’environnement de travail pour les filets, l’ajout de trajectoires préliminaires peut s’avérer fort utile lors du choix du positionnent du filet. Cette courte étape montre comment ajouter les trajectoires au projet CloudCompare. Cela est fait simplement en glissant-déposant les trajectoires dans le projet, et en sautant la première ligne du fichier ASCII. La même transformation pour le passage des coordonnées géoréférencées aux coordonnées locales doit être appliquée, « et voilà! ».

La couleur des trajectoires correspond aux vitesses de translation des blocs, l’échelle peut être affichée via les propriétés de la couche. Ces vitesses [m/s] peuvent être facilement converties en énergie [J] si la masse des blocs est connue. Cela peut être fait dans CloudCompare en deux étapes avec l’outil Scalar fields arithmetics (l’équivalent de Raster calculator, mais pour les Scalar fields). La première étape consiste à élever la vitesse au carré avec l’opération « power of 2 ». Et la seconde consiste à multiplier le précédent résultat par la moitié de la masse [kg].

La hauteur des rebonds peut être estimée en calculant la distance séparant les trajectoires du terrain avec l’outil Cloud-to-Cloud Distance. Les hauteurs obtenues ne correspondent pas aux hauteurs à la verticale du terrain cependant, mais plutôt aux distances séparant le centre de masse des particules simulées le long de leur trajectoire au terrain. Les couleurs affichées peuvent être ajustées pour faire ressortir les rebonds dépassant la hauteur des filets souhaités, afin d’optimiser le choix de leur emplacement par exemple.

Base du filet

Maintenant que l’environnement de travail est configuré, la base du filet peut être tracée à l’emplacement optimal en tenant de concilier les différents prérequis des filets souhaités (déploiement le plus rectiligne possible, accès au terrain, hauteur des rebonds et énergie d’impacts, etc.). Cela peut être fait dans CloudCompare à l’aide de l’outil Trace Polyline et en cliquant sur le terrain pour indiquer l’emplacement de la base de chaque poteau, d’un bout à l’autre du filet (en laissant l’option Oversample à 1).

Il peut être utile d’exporter les coordonnées des points choisis pour la base du filet une fois l’efficacité du design confirmée par des simulations et le jugement de l’expert. Pour se faire, il faut sélectionner les Vertices de la ligne polygonale tracée et les enregistrer au format souhaité (ex. au format shapefile pour une utilisation ultérieure dans un GIS ou GPS, ou DXF si une part du projet requiert du CAD design). La ligne peut aussi être exportée en shapefile ou DXF si souhaité, ainsi que les autres éléments du filet générés aux étapes subséquentes.

Orientation du terrain

Les filets doivent généralement être inclinés en fonction de la pente locale du terrain. Cette étape consiste donc à évaluer l’orientation du terrain afin de pouvoir, à l’étape suivante, appliquer la bonne inclinaison au filet. Le plugin Compass et son outil Plane tool peuvent être utilisés pour évaluer l’orientation locale du terrain. Il faut choisir un rayon qui inclue une bonne partie du terrain où installer le filet afin d’avoir une mesure moyenne du terrain.

L’outil peut aussi être utile pour la prise de mesures structurales sur les falaises, afin d’évaluer les principales familles de discontinuités. Celles-ci peuvent ensuite être utilisées pour rapidement estimer les types de ruptures qui peuvent affecter les différents secteurs du terrain avec les kinematic feasibility tests intégrés à stnParabel (voir la section « Sources » pour plus de détails).

Angle des poteaux

Une fois l’orientation du terrain déterminée, l’angle auquel le filet doit être incliné peut être évalué selon ses spécifications (ex. 19° par rapport à la verticale pour un terrain de 34° de pente pour le produit RXE-3000 de Geobrugg selon l’édition 240-N-FO / 06 de leur manuel). Un plan incliné est généré dans CloudCompare afin d’être utilisé pour générer le filet à l’étape suivante.

Pour générer et orienter le plan correctement, le plan de l’orientation du terrain généré à l’étape précédente peut d’abord être dupliqué avec l’outils Clone. Le nouveau plan peut ensuite être ramené à plat avec l’outil Apply Transformation. Dans cet outil, le pendage et la direction de pendage peuvent être entrés, la rotation autour du centre peut être appliquée et l’option de transformation inverse appliquée. Cela permet de ramener le plan à plat. Ensuite, une seconde transformation, non inversée cette fois, peut être appliquée avec un pendage correspondant à l’angle des poteaux souhaité dans la même direction que celle du terrain. Le nouveau plan devrait maintenant être correctement incliné selon l’orientation souhaité du filet. La normale de ce plan peut être visualisée en activant l’option Show normal vector, dans ses propriétés.

Générer le filet

Une fois l’orientation du terrain et l’angle des poteaux évalués, le filet peut être généré. Pour se faire, la base du filet doit être dupliquée pour être utilisée en tant que partie supérieure. Celle-ci est alors manuellement déplacée avec l’outil Interactive Transformation Tool en fixant la translation à l’axe Z et en utilisant l’orientation du plan précédemment généré. Ici, il faut déplacer manuellement le futur sommet du filet pour qu’il soit positionné au-delà de la hauteur souhaitée du filet (ex. ~10-15m du sol, qui sera par la suite réduit précisément à la hauteur souhaité).

Le filet peut ensuite être interpolé entre les deux lignes polygonales représentant la base et la partie supérieure du filet. Pour se faire, il faut sélectionner les deux lignes et utiliser l’outil Mesh/Surface between two polylines. Le nouveau mesh ainsi créé peut être converti en points avec l’outil Mesh/Sample points en utilisant la même densité de points que celle utilisée lors de la création du terrain. Il en va de même pour l’espacement des points lors du sous-échantillonnage à appliquer aux points générés.

Ensuite, pour limiter la hauteur du filet, la distance des points générés par rapport à la ligne polygonale de la base du filet peut être évaluée avec l’outil Distance to Primitive (CloudCompare v.2.11 ou +) ou à partir du terrain avec l’outil Cloud-to-Mesh Distance. Les points peuvent finalement être segmentés à la hauteur souhaitée avec l’outil Scalar fileds/Filter by Value.

Note : stnParabel v.June 2021 ne considère pas la déformation du filet ni sa capacité à résister à l’impact. Aussi, les blocs sont arrêtés dès qu’ils touchent le filet, que leur centre de masse se situent à l’intérieur des limites du filet ou au-delà, et peu importe l’énergie à l’impact. Il peut donc être nécessaire de réduire légèrement la hauteur des filets d’un demi-diamètre (d1) des blocs pour les simulations. Il peut être utile de vérifier les énergies à l’impact des blocs retenus. Pour se faire, les points d’impacts (pos_reach_fence.txt) peuvent être importés de la même manière que les trajectoires et leurs vitesses de translation converties en énergie (voir la section « Ajout de trajectoires préliminaires »).

Derniers prérequis

Finalement, il faut s’assurer de n’avoir que la position des points pour le filet : [ X, Y, Z ].

Les éventuelles couleurs [ R, V, B ], orientation des surfaces [ Nx, Ny, Nz ] et scalar fields doivent être retirés avant l’export des points du filet au format ASCII.

Le fichier ASCII doit être nommé « fence.txt » ou « fences.txt » afin d’être correctement pris en compte lors de l’importation du terrain pour les simulations.

Rendu visuel / autres

Voici ici une petite section supplémentaire qui n’est pas nécessaire à la préparation des fichiers pour les simulations, mais qui peut être utile pour la présentation des résultats et la communication en générale. Elle porte principalement sur le rendu visuel de l’environnement de travail dans CloudCompare par rapport aux filets.