Stabilité des roches : Stabilité des coins de roche Résumé Le but de ce cahier

Stabilité des roches : Stabilité des coins de roche Résumé Le but de ce cahier technique est d'évaluer la stabilité d'un talus rocheux situé dans une roche semi-dure à dure aectée par la tectonique dans une excavation donnée. L'a eurement de l'excavation à étudier est formé d'un système de failles et de joints tectoniques disposés en coins rocheux tridimensionnels pour la plupart instables. Le chier exemple correspondant est  Demo_manual_28.gsk . ATTENTION : Dans ce document, l'utilisateur sera guidé à travers toutes les étapes de dé - nition et d'analyse d'un projet géotechnique, dans un contexte établi par l'auteur. L'utilisateur doit être informé que les réglages de l'analyse (onglet  Paramètres ) sont de sa responsabilité et doivent être véri és/adaptés avant de commencer tout nouveau projet. 1 Cahier technique n◦28 Mise à jour 04/2020 1 INTRODUCTION 1 Introduction L'histoire de l'a eurement provient des travaux d'excavation liés à la construction du tunnel ferroviaire à deux voies de Votice creusé dans la roche magmatique du Paléozoïque. Les roches sont dominées par des granites loniens à petits grains et des aplites, parfois du granite à amphibole- biotite. L'endroit à évaluer est caractérisé par une orientation défavorable des discontinuités, qui aecte négativement la stabilité de la paroi rocheuse et crée des coins rocheux (cf. Fig. 1). Figure 1  Versant ouest de la fosse d'excavation, photographie L. Ma°ik L'étude géologique a révélé que la stabilité de l'excavation est aectée par trois à quatre systèmes de failles et de joints. La masse rocheuse est fragmentée en un large éventail de pierres et de blocs rocheux et de larges blocs rocheux d'une taille pouvant atteindre plusieurs mètres. La direction du pendage des failles rocheuses forme un angle aigu inférieur à 45 ◦avec la pente de l'excavation et la pente s'incline avec un angle de 65 à 80 ◦vers l'est (cf. Fig. 2). Figure 2  Diagramme de projection orthogonale de Lambert avec les discontinuités les plus courantes Z 70/70 (direction de pendage / pendage) est l'orientation de la paroi de l'excavation. Cette orientation défavorable (et imprévue avant creusement de la tranchée) des surfaces de dis- continuité provoque des coins rocheux larges et plats instables lors du creusement, qui ont une prédisposition importante à s'enfoncer dans la fosse de construction (cf. Fig. 3). 2 Cahier technique n◦28 Mise à jour 04/2020 2 PROJET Figure 3  Projection des principales surfaces de discontinuité dans la fosse de construction. Pour cette nouvelle situation, il est nécessaire de concevoir la méthode de sécurisation de la fosse de construction - de déterminer la sécurité des coins de roche. Ce cahier technique va décrire la solution pour le coin rocheux dans la section sélectionnée. Remarque : un massif rocheux à l'état naturel contient presque toujours au moins deux systèmes majeurs de surfaces de discontinuité qui prédéterminent la nature de la rupture du versant rocheux. Lorsqu'une masse rocheuse a été fracturée par un système présentant un faible nombre de disconti- nuités, ce système est la clé de voûte pour une évaluation globale de la stabilité d'un mécanisme de rupture et d'une situation d'instabilité. 2 Projet Le processus de conception de la stabilisation de coins rocheux tridimensionnels instables sera décrit plus loin sur l'exemple d'une section d'une excavation d'un portail de tunnel. La stabilisation est conçue pour une durabilité de 100 ans et le coe cient de sécurité requis vaut 1,5. Sur la base du levé géologique, les échantillons de granite et d'aplite classés comme roches dures de types R2 et R3 (ƒSN 73 6133), ont les propriétés mécaniques suivantes : σc = 15 −60 MPa, poids volumique γ = 27 kN/m3, angle de frottement eectif ϕ′ = 32 −42 ◦, cohésion eective c′ = 100 −150 kPa, coe cient de Poisson ν = 0, 20, module de déformation 100200 MPa. Ainsi ces paramètres mécaniques montrent des caractéristiques de déformation élevées de la masse rocheuse mesurées sur des échantillons de roche de petite taille, la résistance globale de la masse est plus faible en raison de la fracturation élevée par les ruptures de cisaillement (eet d'échelle). La résistance au cisaillement sur les plans peut tendre vers zéro. Les conditions hydrogéologiques sont très simples, aucune ssure gorgée d'eau n'a été observée sur la paroi rocheuse, les sources d'eau occasionnelles sont uniquement liées à l'augmentation des précipitations ou au dégel de printemps. Il n'y a pas de nappe phréatique liée à la paroi rocheuse. Le géologue du projet a eectué des mesures d'orientation de la pente et de l'orientation des surfaces de discontinuité des masses rocheuses sur les zones exposées de la fosse de construction. Dans la section transversale considérée, il a été déterminé que : la pente de la fosse de construction a une orientation de 257/78 (direction de pendage/pendage) ; l'orientation de la pente d'excavation évaluée est Z 180/15 (direction de pendage/pendage) et les orientations typiques des ruptures étudiées sont 20/80 et 225/70. Les paramètres suivants ont été trouvés sur les deux surfaces de cisaillement : angle de frottement interne eectif ϕ′ = 15 ◦, cohésion eective c′ = 5 kPa. 3 Cahier technique n◦28 Mise à jour 04/2020 3 SOLUTION Figure 4  Vue de la paroi rocheuse - documentation photo (L. Ma°ík) 3 Solution L'évaluation de la stabilité de la pente du coin de roche coulissant dans la section considérée et sa stabilisation doivent être ajustées selon des facteurs de sécurité (la raison principale est une comparaison avec les calculs manuels). Chaque étape de calcul de la conception est décrite dans le texte ci-après. 4 Cahier technique n◦28 Mise à jour 04/2020 3 SOLUTION 3.1 Paramétrage de l'étude 3.1.1 Paramétrage du calcul associé au coe cient de sécurité et à la rupture de talus rocheux Dans le cadre  Paramètres , cliquez sur le bouton  Sélectionner les paramètres , sélectionnez  Standard  Coe cients de sécurité  et con rmez via  OK . Figure 5  Cadre  Paramètres  - Liste des paramètres de calcul Nous allons aussi choisir le type de calcul  coin de roche . Remarque : l'application  Stabilité des roches  peut évaluer une paroi rocheuse fracturée par une rupture de cisaillement (éboulements rocheux) à l'aide d'un plan de cisaillement plan et/ou polygonal et d'un coin de roche. 3.1.2 Dé nition de la géométrie du terrain et de la paroi rocheuse La géométrie 3D de la pente rocheuse à évaluer (terrain) et de la fosse d'excavation (paroi rocheuse) doit être con gurée dans un cadre  Géométrie . La saisie de l'orientation de la pente ou de la surface du terrain se fait par le biais du sens du pendage et du pendage (remarque : sens de l'inclinaison et inclinaison dans le programme), ces données ont été mesurées pendant le levé géologique structurel - les données entrées sont présentées dans le tableau ci-dessous. La hauteur de la paroi rocheuse est de 13 m. Les plans saisis sont représentés en projection orthogonale de Lambert et un arc représente une projection (une coupe transversale) d'un plan de cisaillement avec hémisphère inférieur de Lambert. Remarque : si aucune étude géologique structurelle n'a été réalisée, l'orientation de la paroi rocheuse pourrait être donnée par un levé géodésique par les trois points pour chaque plan (par exemple 2 points au bas de pente, un en haut de pente). Une autre possibilité est l'utilisation d'un mètre ruban ou d'une photogrammétrie. Dans une condition di cile, il existe une option pour évaluer la hauteur de la pente en considérant le rapport entre la taille d'un homme et celle de la face de la pente. 5 Cahier technique n◦28 Mise à jour 04/2020 3 SOLUTION 3.1.3 Paramétrage des orientations (terrain et paroi rocheuse) Sens du pendage [◦] Pendage [◦] Paroi rocheuse 257 76 Terrain (courbe supérieure de la paroi) 180 15 Figure 6  Cadre  Géométrie  3.1.4 Paramétrage des orientations (rupture par cisaillement) L'orientation (géométrie) de la rupture par cisaillement doit être dé nie dans la fenêtre  Surface de glissement . Sa saisie se fait par l'intermédiaire du sens du pendage et du pendage (remarque : sens de l'inclinaison et inclinaison dans le programme) et est étudiée par un levé géologique struc- turel - les données à saisir se trouve dans le tableau ci-après. La fenêtre graphique de saisie a che également les données d'orientation en projection orthogonale de Lambert. Un arc indique l'inter- section d'un plan avec l'hémisphère inférieur de Lambert. Sens du pendage [◦] Pendage [◦] Surface de glissement 1 30 80 Surface de glissement 2 225 70 6 Cahier technique n◦28 Mise à jour 04/2020 3 SOLUTION Figure 7  Cadre  Surface de glissement  Il est également possible de voir le coin de roche dé ni en utilisant la  Vue 3D  : Figure 8  Représentation 3D du coin de roche Remarque : l'orientation des plans de cisaillement 3D est liée aux coordonnées géographiques. Ces coordonnées sont liées à l'orientation du Nord dans le sens horizontal et au centre de gravité dans le 7 Cahier technique n◦28 Mise à uploads/Ingenierie_Lourd/ em28-fr.pdf

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Ingénierie roche rocheux pente stabilité rocheuse
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