Posté(e) Janvier 11, 201016 a comment_37611 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 http://www.stebarbe.com/cours.pdf
comment_37611Mécanique 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
http://www.stebarbe.com/cours.pdf