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METHODES DE CLASSIFICATION DES
TERRAINS ET UTILISATION
1
TERRAINS ET UTILISATION DANS LA CONCEPTION DES
PROJETS
METHODES DE CLASSIFICATION
DES MASSIFS ROCHEUX
Trois méthodes principales :• Classifications AFTES• La classification de BARTON (« Q System »)
2
• La classification de BARTON (« Q System »)• La Classification de BIENIAWSKI (RMR)
METHODES DE CLASSIFICATION
DES MASSIFS ROCHEUX
• Objectif : évaluer les facteurs nécessaires pour établir un projet d’ouvrage souterrain.
• Moyens : reconnaissances géologiques, géométriques, puis géotechniques des
3
géométriques, puis géotechniques des terrains.
• Finalité : définir des zones homogènes pour le dimensionnement du projet.
METHODES DE CLASSIFICATION
DES MASSIFS ROCHEUX
• Utilisées essentiellement en études préliminaires (faisabilité, APS).
4
• Méthodes simples et rapides
METHODES DE CLASSIFICATION
DES MASSIFS ROCHEUX
Exemple de profil géologique avec classes AFTES des terrains
5
1. METHODE AFTES
Basée sur les recommandations du
groupe de travail N°1 « caractérisation
des massifs rocheux utile à l’étude et à
6
des massifs rocheux utile à l’étude et à
la réalisation des ouvrages souterrains
(juin 2003)
Paramètres utiles à la description du massif :
1. Conditions géologiques générales2. Conditions hydrogéologiques : charge hydraulique,
perméabilité
3. Discontinuités du massif rocheux : densité de fracturation, orientation, organisation en familles , comportement mécanique
4. Caractéristiques mécaniques des terrains :
7
4. Caractéristiques mécaniques des terrains : Identification, Résistance, Gonflement, Altérabilit é.
5. Les contraintes naturelles6. La déformabilité du massif
1. Conditions géologiques générales
Les études géologiques concernant le projet doivent comprendre :
• carte des affleurements,• carte des formations rencontrées et
phénomènes superficiels (fontis,
8
phénomènes superficiels (fontis, glissements, …)
• description des couches rencontrées (importance du contexte régional)
1. Conditions
géologiques
générales
9
1. Conditions géologiques générales
• Etat d’altération du massif rocheux.
10
2. Conditions hydrogéologiques
• Charge hydraulique
11
2. Conditions hydrogéologiques
• Perméabilité
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3. Discontinuités du massif rocheux
• orientation des discontinuités
13
3. Discontinuités du massif rocheux
• RQD
14
3. Discontinuités du massif rocheux
• ID
15
3. Discontinuités du massif rocheux
• organisation en familles : – nombre de familles
16
3. Discontinuités du massif rocheux
• organisation en familles : – espacement des discontinuités de chaque famille
17
3. Discontinuités du massif rocheux
• comportement mécanique des discontinuités
18
4. Caractéristiques mécaniques des roches
• indice de continuité de la roche : calcul de la vitesse théorique V p* de propagation des ondes
19
4. Caractéristiques mécaniques des roches
• Identification : indice de continuité de la roche (à partir des vitesses de propagation des ondes : théorique Vp* en fonction de la minéralogie et mesuré sur échantillon Vp)
20
4. Caractéristiques mécaniques des roches
• Résistance de la roche
21
4. Caractéristiques mécaniques des roches
Résistance de la roche (autre classification issue de la recommandation du GT7
22
du GT7 « soutènement et revêtement)
4. Caractéristiques mécaniques des roches
• Gonflement : rechercher la présence de minéraux gonflants (argiles, hydroxydes, sulfates, anhydrite …).
• Altérabilité : rechercher la présence de
23
• Altérabilité : rechercher la présence de minéraux sensibles :• à l’eau (feldspaths, micas, gypse), • au gel, • aux variations de contraintes(essais spécifiques à réaliser)
5. Contraintes naturelles
• Profondeur de l’excavation : caractérisée par le rapport entre la résistance σσσσc et la contrainte initiale σσσσ°(↔↔↔↔ rester dans le domaine élastique ou non)
24
6. Déformabilité du massif
Attention à bien distinguer les paramètres du massif (échelle décamétrique) ….
• Classe DM : modules de déformation déterminés à partir d’essais en place pour tenir compte de l’influence de la fracturation
25
6. Déformabilité du massif
… des paramètres de la matrice (échelle décimétrique)
• Classe DE : modules de déformation
26
de déformation déterminés à partir d’essais sur échantillons
Utilisation de cette classification AFTES
dans le choix d’un soutènement (GT7,
juillet 1982)
• Critères à prendre en considération pour orienter le choix d’un type de soutènement
27
orienter le choix d’un type de soutènementMAIS• Ne permet pas le dimensionnement de ce
soutènement
Utilisation de la classification AFTES pour
le choix d’un soutènement
Différents tableaux correspondants aux différents critères importants, et précisant si tel type de soutènement est plus ou moins bien adapté vis-à-vis de ce critère
28
+ superposition des critères
Critère : Comportement mécanique
29
Critère : Discontinuités
Explosif avec pré découpage
30
Critère : Discontinuités
Explosif sans pré découpage
31
Critère : Discontinuités
Excavation mécanique (hors explosif)
32
Critère : Altérabilité – gonflement
33
Critère : Hydrogéologie
34
Critère : Couverture
35
Critère : Dimensions de la galerie et
environnement
36
Exemple 1 : tunnel de 12 m de diamètre dans des
schistes fracturés sous forte couverture (σσσσc σσσσo < 2) et hors d’eau
37
Conclusion : boulons à ancrage ponctuel ou réparti avec grillage ou béton projeté + cintres coulissant s
Exemple 2 : tunnel de 6m de diamètre dans des argiles
gypseuses sous 10 m de couverture dont 8 m sous la nappe et en
agglomération
38
Conclusion : soit cintres lourds actifs + blindage, soit plaques métalliques assemblées + enfilage, soi t voussoirs préfabriqués mis en place dans un bouclier
Exemple 3 : tunnel de 11 m de diamètre dans les argiles
plastiques sous 50 m de couverture ; pas de nappe ; milieu urbain
39
PARIS – A86 Ouest
PROFIL GEOLOGIQUE
40
SOCATOP
1. Argile Plastique : Rc = 0,5 MPa2. Pas de discontinuité3. Risque de gonflement4. Hydrologie : perméabilité très faible (k<10 -8
m/s)
41
m/s)5. Couverture : 50 m6. Dimension : 11 m de diamètre
SOCATOP
1. Argile Plastique : Rc = 0,5 MPa R6a (ou R5a)2. Pas de discontinuité : sans objet3. Risque de gonflement4. Hydrologie : perméabilité très faible (k<10 -8
m/s) : K1
42
m/s) : K15. Couverture : 50 m : σσσσo = 20*50 = 1 MPa :
modérée6. Dimensions : 11 m de diamètre
43
R6aSans Objet
GonflementK1Modérée11m
X X
X
xX X
X
xxx
X
XX
x
x
X
Xx x
xX xx
SOCATOP
TUNNEL CIRCULAIRE REALISE AU TUNNELIER AVEC VOUSSOIR BETON
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COMMENTAIRES sur méthode
AFTES
• Pas de dimensionnement du soutènement• Orientation pour le choix du type de
soutènement
45
• En milieu rocheux : importance de la fracturation relativement limitée
2. Classification de BARTON
(Q system)
.....
FRS
J
J
J
J
RQDQ w
a
r
n
=
46
Classification de BARTON
(Q system)
• RQD/Jn : caractérise la taille des blocs rocheux
• Jr/Ja : caractérise la résistance au cisaillement entre blocsJ /SRF : Contrainte / force active
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• Jw/SRF : Contrainte / force active
• SPAN : largeur, diamètre ou hauteur• ESR : coefficient correcteur de dimension
– SPAN/ESR = diamètre équivalent
Classification de BARTON
(Q system)
• Importance du terme RQD :– Attention au travers de la mesure (qualité du
sondage , diamètre de la carotte, orientation du forage, etc)
48
Classification
de BARTON
(Q system) :
RQD
49
Classification
de BARTON
(Q system) :
Jr
50
Classification
de BARTON
(Q system) :
Ja
51
Classification
de BARTON
(Q system) :
Ja
et
52
et
Jw
Classification
de BARTON
(Q system) :
SRF : Stress
Reduction Factor
(état tectonique du
massif)
53
massif)
Classification de BARTON (Q system) : SRF
54
Classification de BARTON (Q system) : ESR (Equivalent
Support Ratio=
55
Classification de BARTON (Q system) :
Choix des soutènements
56
Classification de BARTON (Q system) :
Choix du soutènement
Exemple classe 21
57
Classification de BARTON (Q system) : Choix du soutènement
Autre présentation (plus synthétique)
58
Commentaires sur méthode de
Barton :
- basée sur plus de 200 cavités existantes
(Europe et Scandinavie),
- essentiellement en terrain rocheux,
- recommandations pour le choix du
59
- recommandations pour le choix du
soutènement à utiliser avec prudence
(aboutit souvent à un
surdimensionnement)
3. Classification de Bieniawski
(RMR)
Rock Mass Rating
60
Classification de BIENIAWSKI
(RMR) : 5 Critères principaux
• Résistance de la roche (Rc ou essai Franklin)• Fracturation : RQD• Espacement des joints (tous types de
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discontinuités : stratification, schistosité, fractures, diaclases)
• Nature des joints• Venues d’eau
Classification de BIENIAWSKI
• Chaque paramètre reçoit une note• RMR = somme des notes• Ajustement pour tenir compte de l’orientation
62
• Ajustement pour tenir compte de l’orientation de la fracturation
• 5 classes (roche très mauvaise pour RMR<20 à très bonne roche pour RMR>80)
Attribution des notes
63
Attribution des notes (suite)
64
Attribution des notes (suite)
65
• Attribution des notes (suite)• Classification• Caractéristiques moyennes des massifs
66
Classification de Bienawski :
choix du type de soutènement
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4. Classifications AFTES, RMR et Barton : Exercice
• Tunnel de Bocognano (Corse) – diamètre 10.5 m– Granite altéré– Poids volumique : γγγγ = 24,8 kN:m3– Vitesse des ondes longitudinales Vp = 2500 m/s– Résistance en compression Rc = 10 MPa– Couverture / clé de voûte = 50 m– Module de déformation de la matrice E = 3700 MPa– Module de déformation du Massif Em = 1000 MPa– RQD = 20%
68
– RQD = 20%– Nombre de familles de discontinuité : 2– Discontinuité diffuse : Oui– Joints rugueux et altérés– Espacement : 30 cm– Orientation : angle de 20°entre le pendage et l’axe d’avancement– Pendage de 45°– Massif très altéré– Charge hydraulique : 30 m ; perméabilité : 5.10 -6 m/s
Classifications : Exercice
• Classe AFTES :– Identification (classe IC)– Caractéristiques mécaniques (classe RC) – Contraintes naturelles (classe CN)– Déformabilité (classes DE et DM)– Discontinuité du massif (classes RQD, N, ES, OR)– Altération du massif (classe AM)
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– Altération du massif (classe AM)– Conditions hydrogéologiques (classe H et K)
• RMR (Bieniawski) :
• Nombre Q (Barton)
Classifications : Exercice
• Classe AFTES :Tunnel de Bocognano Granite altéré
Caractéristiques mécaniques
RC5 Résistance faible
IC4 Continuité faible
Contrainte naturelles CN1 Etat de contraintes naturel les faible
Déformabilité DE4 Matrice moyennement raide
70
Déformabilité DE4 Matrice moyennement raide
Discontinuité du massif
RQD5 Densité de fracturation très forte
N3bDeux familles principales et des discontinuités diffuses
ES3 Discontinuités moyennement espacées
OR2
Etat d'altération AM4 Rocher très altéré
Conditions hydrogéologiques H3 Charge forte
K3 Perméabilité forte
Classifications : Exercice RMR (Bieniawski) :
Valeurs des Paramètres Coefficient (note)Résistance Rc (MPa) 10 Résistance Rc (MPa) 2
RQDRQD (%)
20 RQD R 3
Espacement des joints E (cm) 30 Espacement des joints E 10
Nature des joints Ji 10 Nature des joints Ji 10
Venues d'eau Venues d'eau 4
Charge/radier H (m) 30
Perméabilité K (m/s) 5.00E-06Ajustement orientation des
-5Perméabilité K (m/s) 5.00E-06Ajustement orientation des joints
-5
Débit sur 10 m de longueur
(l/min) 100
Rapport pression eau / σ° 0.2
Hydrogéologie
Conditions généralespression modérée
Note finale RMR 24
Note 4 Classe de rocher IV
Orientation des joints Moyen
Note -5 Descriptionrocher
médiocre
Classifications : Exercice
DETERMINATION DE L'INDICE DE QUALITE Q DU ROCHER ( Méthode de BARTON)
RQD 20 %
Famille de joints Jn 6Deux familles principales et des discontinuités diffuses
Rugosité des joints Jr 3
Altération des joints Ja 2
Venue d'eau en forage Jw 0.66
Zone de faiblesse SRF 2
RDQ/Jn 3.3
72
RDQ/Jn 3.3
Jr/Ja 1.5
Jw/SRF 0.33
Q 2Qualité du massif rocheux médiocre
ESR 1
De 10.5
catégorie soutènement 23