Sols Mécanique des Roches et Travaux Souterrains

[HaSSaN]

Mécanique des Roches et Travaux Souterrains. Cours et exercices corrigés

Sixième édition

Janvier 2010

Table des matières

1 Conception et réalisation des travaux en souterrain 6

1.1 Introduction : les souterrains en France . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.1 Les cavités naturelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.2 Les cavités artificielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Un peu de vocabulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Phasage classique de réalisation d’un tunnel : méthode conventionnelle . . . . . . . . . . . 9

1.3.1 Explosifs / Attaque ponctuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.3.2 Purge et marinage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3.3 Pose du soutènement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.4 Pose de l’étanchéité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.5 Pose du revêtement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.4 Les différents types de soutènement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.4.1 La Nouvelle Méthode Autrichienne (NMA ou NATM) . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.4.2 Cintres réticulés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.4.3 Cintres lourds et blindage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.4.4 Cintres coulissants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.4.5 Soutènement au front de taille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.5 Les différents types de revêtement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.5.1 Revêtement en béton coffré sans radier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.5.2 Revêtement en béton coffré avec radier contre-voûté . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.5.3 Voussoirs préfabriqués . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.5.4 Cas particuliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.6 Le creusement au tunnelier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.6.1 Les organes d’un tunnelier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.6.2 Typologie et modes d’excavation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.7 Ouvrages particuliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.7.1 Les puits et descenderies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.7.2 Les grandes cavités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.7.3 Les ouvrages à faible profondeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.7.4 Les ouvrages à grande profondeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.7.5 Les zones aquifères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.8 Surveillance et conservation du patrimoine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.8.1 Le rôle des inspections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.8.2 L’entretien et la réparation des ouvrages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2 Notions de mécanique des roches 28

2.1 Présentation de la mécanique des roches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.1.1 Méca roches et méca sols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.1.2 Naissance et applications de la méca roches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.1.3 Couplage géologie / mécanique des roches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.2 Discontinuités du massif rocheux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.2.1 Typologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

BG Ingénieurs Conseil

2.2.2 Description et représentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.2.3 Propriétés mécaniques d’une discontinuité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.2.4 Hydraulique des roches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.3 Propriétés mécaniques de la matrice rocheuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.3.1 Courbes caractéristiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.3.2 Comportement sous étreinte triaxiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.3 L’essai dilatométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.3.4 Fluage et effets différés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.4 Modélisation du massif rocheux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.4.1 Effet d’échelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.4.2 Milieu continu / milieu discontinu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.4.3 Mode de rupture en fonction des discontinuités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.4.4 Renforcement par ancrages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.5 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.5.1 Contraintes naturelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.5.2 Formation de filons de quartz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.5.3 Caractéristiques mécaniques d’une discontinuité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.5.4 Formation des alluvions fluviatiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3 Méthodes de calcul des ouvrages au rocher 46

3.1 Stabilité des versants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.1.1 Stabilité d’un dièdre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.1.2 Flambement et basculement de colonnes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.1.3 Effets hydrauliques et climatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.2 Calcul des ouvrages souterrains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.2.1 L’effet de voûte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.2.2 Empirisme et règles de l’art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.2.3 Méthodes semi-empiriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.2.4 Stabilité de dièdres ou bancs rocheux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.2.5 La méthode des réactions hyperstatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.2.6 La méthode convergence-confinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.2.7 Les méthodes numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.2.8 Calcul des tassements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.3 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3.1 Dièdre sur versant rocheux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3.2 Etude du Tunnel du Bois de Peu avec un logiciel aux éléments-finis . . . . . . . . 68

3.3.3 ID, RQD et RMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.3.4 Plan de discontinuité proche d’un puits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.3.5 Influence de la hauteur de couverture sur le dimensionnement du soutènement . . . 73

3.3.6 Interprétation des mesures de convergence d’une galerie de reconnaissance . . . . . 75

Corrigés des exercices 83

Bibliographie 84

Lien

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