Résistance en Compression du Massif Rocheux

Estimation de la Résistance en Compression du Massif Rocheux

Estimation de la Résistance en Compression du Massif Rocheux

Comprendre la Résistance du Massif Rocheux

La résistance d'une roche intacte, mesurée en laboratoire sur une petite carotte, est souvent très élevée. Cependant, à l'échelle d'un projet de génie civil (tunnel, talus, fondation), la résistance réelle du "massif rocheux" est considérablement plus faible. Cette réduction est due à la présence de discontinuités (joints, failles, fractures) qui affaiblissent la structure globale. Le critère de Hoek-Brown est une méthode empirique puissante qui permet d'estimer la résistance du massif (\(\sigma_{cm}\)) à partir de la résistance de la roche intacte (\(\sigma_{ci}\)) et d'indices qualitatifs décrivant l'état du massif (GSI, D).

Données de l'étude

On cherche à estimer la résistance en compression simple d'un massif de marbre qui sera excavé pour une galerie souterraine.

  • Résistance en compression uniaxiale de la roche intacte : \(\sigma_{ci} = 60 \, \text{MPa}\)
  • Indice de Résistance Géologique (GSI) : GSI = 55 (massif de qualité moyenne, fracturé en blocs et altéré)
  • Constante du matériau pour le marbre intact : \(m_i = 12\)
  • Facteur de perturbation : On suppose une excavation soignée à la machine (tunnelier), donc \(D = 0\).
Schéma : Roche Intacte vs. Massif Rocheux
Roche Intacte σci = 60 MPa GSI, D, mi Massif Rocheux σcm = ?

Questions à traiter

  1. Calculer les paramètres du massif rocheux : \(s\) et \(a\).
  2. Calculer la résistance en compression uniaxiale du massif rocheux (\(\sigma_{cm}\)).
  3. Calculer le rapport \(\sigma_{cm} / \sigma_{ci}\) et commenter le résultat.

Correction : Estimation de la Résistance en Compression du Massif Rocheux

Question 1 : Calcul des paramètres du massif (\(s, a\))

Principe :

Les paramètres \(s\) et \(a\) sont des constantes empiriques qui dépendent de la qualité du massif (GSI) et du degré de perturbation (D). Comme D=0, les formules se simplifient.

Formule(s) utilisée(s) (pour D=0) :
\[ s = \exp\left(\frac{\text{GSI} - 100}{9}\right) \] \[ a = \frac{1}{2} + \frac{1}{6}\left(e^{-\text{GSI}/15} - e^{-20/3}\right) \]
Calculs :
\[ \begin{aligned} s &= \exp\left(\frac{55 - 100}{9}\right) \\ &= \exp\left(\frac{-45}{9}\right) = e^{-5} \approx 0.00674 \\ \\ a &= \frac{1}{2} + \frac{1}{6}\left(e^{-55/15} - e^{-20/3}\right) \\ &= 0.5 + \frac{1}{6}\left(e^{-3.667} - e^{-6.667}\right) \\ &= 0.5 + \frac{1}{6}(0.0256 - 0.00127) \approx 0.504 \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Les paramètres du massif sont \(s \approx 0.00674\) et \(a \approx 0.504\).

Question 2 : Résistance en compression du massif rocheux (\(\sigma_{cm}\))

Principe :

La résistance en compression uniaxiale du massif rocheux (\(\sigma_{cm}\)) est calculée directement à partir de la résistance de la roche intacte (\(\sigma_{ci}\)) et des paramètres \(s\) et \(a\).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \sigma_{cm} = \sigma_{ci} \cdot s^a \]
Calcul :
\[ \begin{aligned} \sigma_{cm} &= 60 \, \text{MPa} \times (0.00674)^{0.504} \\ &= 60 \times 0.0805 \\ &\approx 4.83 \, \text{MPa} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La résistance en compression du massif rocheux est \(\sigma_{cm} \approx 4.83 \, \text{MPa}\).

Question 3 : Comparaison des résistances

Principe :

Ce rapport montre l'ampleur de la réduction de résistance entre la roche intacte (sans défauts) et le massif rocheux (avec ses fractures).

Calcul :
\[ \begin{aligned} \frac{\sigma_{cm}}{\sigma_{ci}} &= \frac{4.83 \, \text{MPa}}{60 \, \text{MPa}} \\ &\approx 0.0805 \end{aligned} \]

Cela signifie que le massif rocheux ne possède qu'environ 8% de la résistance de la roche intacte qui le compose. Cette énorme réduction est due à la présence des discontinuités (évaluées par le GSI) qui constituent des plans de faiblesse.

Conclusion : Le rapport \(\sigma_{cm} / \sigma_{ci}\) est d'environ 0.08. La présence de fractures réduit la résistance du massif de plus de 90% par rapport à un échantillon parfait.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances

1. Que se passerait-il si le GSI était plus faible (ex: GSI=30) ?

2. Le facteur de perturbation D a une influence sur :

3. Pour une roche intacte (GSI=100, D=0), que vaut la résistance du massif \(\sigma_{cm}\) ?

Indice : Calculez la valeur du paramètre \(s\) pour GSI=100.


Glossaire

Critère de Hoek-Brown
Modèle empirique permettant de prédire la résistance d'un massif rocheux fracturé en fonction de la résistance de la roche intacte et des caractéristiques du réseau de discontinuités.
Résistance du Massif Rocheux (\(\sigma_{cm}\))
Résistance en compression uniaxiale du massif rocheux dans son ensemble, en tenant compte de l'effet des discontinuités. C'est une valeur estimée, beaucoup plus faible que \(\sigma_{ci}\).
Geological Strength Index (GSI)
Indice visuel (0-100) qui quantifie la qualité structurale d'un massif rocheux en se basant sur sa structure et l'état des surfaces des discontinuités.
Facteur de Perturbation (D)
Facteur (de 0 à 1) qui quantifie le degré de dégradation du massif rocheux causé par les méthodes d'excavation (par exemple, le dynamitage cause une perturbation plus élevée que le creusement mécanique).
Estimation de la Résistance du Massif Rocheux - Exercice d'Application

D’autres exercices de Mécanique des roches:

Stabilité d’une Excavation Anisotrope
Stabilité d’une Excavation Anisotrope

Stabilité d'une Excavation Anisotrope Stabilité d'une Excavation Anisotrope Contexte : Le défi de l'excavation en milieu rocheux anisotropeSe dit d'un matériau dont les propriétés mécaniques (résistance, déformabilité) varient en fonction de la direction de la...

Calcul de la charge maximale d’un micropieu
Calcul de la charge maximale d’un micropieu

Calcul de la Charge Admissible d'un Micropieu dans le Rocher Calcul de la charge maximale d'un micropieu Contexte : Fondations spéciales en mécanique des roches. Les micropieuxPieux forés de petit diamètre (généralement inférieur à 300 mm), utilisés pour les...

Modélisation d’une Fracture Hydraulique
Modélisation d’une Fracture Hydraulique

Fracture Hydraulique en Mécanique des Roches Modélisation d'une Fracture Hydraulique Contexte : L'ingénierie des géo-énergies. La fracturation hydraulique est une technique d'ingénierie cruciale utilisée pour améliorer la perméabilité des massifs rocheux. En injectant...

Analyse de Stabilité du Talus Rocheux
Analyse de Stabilité du Talus Rocheux

Analyse de Stabilité du Talus Rocheux Analyse de Stabilité du Talus Rocheux Contexte : La sécurité des excavations rocheuses. La création de routes, de carrières ou de fondations de bâtiments nécessite souvent de creuser dans des massifs rocheux, créant ainsi des...

Analyse de Stabilité d’une Galerie Minière
Analyse de Stabilité d’une Galerie Minière

Analyse de la Sismicité Induite en Mécanique des Roches Analyse de Stabilité d'une Galerie Minière Profonde Contexte : La gestion des risques en environnement minier profond. En mécanique des rochesBranche de l'ingénierie qui étudie le comportement mécanique des...

Étude du Comportement au Fluage
Étude du Comportement au Fluage

Étude du Comportement au Fluage d'une Couche de Sel Gemme Étude du Comportement au Fluage d'une Couche de Sel Gemme Contexte : Le temps, un facteur clé pour la stabilité des ouvrages dans le sel. Contrairement à la plupart des roches qui ont un comportement...

Analyse de la stabilité de la falaise
Analyse de la stabilité de la falaise

Mécanique des Roches : Étude de cas - Analyse de la stabilité d'une falaise Étude de cas : Analyse de la stabilité d'une falaise surplombant une route Contexte : Le Risque d'Éboulement Rocheux Les falaises rocheuses le long des infrastructures de transport (routes,...

Dimensionnement du soutènement
Dimensionnement du soutènement

Mécanique des Roches : Dimensionnement d'un soutènement par béton projeté et boulons d'ancrage Dimensionnement d'un soutènement par béton projeté et boulons d'ancrage Contexte : Assurer la Stabilité d'un Tunnel Le creusement d'un tunnel modifie l'état de contrainte...

Analyse du risque de poinçonnement
Analyse du risque de poinçonnement

Mécanique des Roches : Analyse du Risque d'Instabilité par Poinçonnement Analyse du risque d'instabilité par poinçonnement sous une fondation sur roche Contexte : La Stabilité des Fondations sur un Massif Rocheux Lorsqu'une structure (un pont, un bâtiment, un barrage)...

Pression de Confinement d’un Front de Taille
Pression de Confinement d’un Front de Taille

Mécanique des Roches : Pression de Confinement d'un Front de Taille Calcul de la Pression de Confinement Nécessaire pour Assurer la Stabilité d'un Front de Taille Contexte : Tenir le Front Lors du creusement d'un tunnel avec un tunnelier à pression de confinement...

Analyse des Contraintes In Situ
Analyse des Contraintes In Situ

Mécanique des Roches : Contraintes In Situ autour d'une Excavation Analyse des Contraintes In Situ autour d'une Excavation Circulaire Contexte : La Roche sous Pression Avant toute excavation, un massif rocheux en profondeur est soumis à des contraintes in...

Vitesse des Ondes et des Modules Dynamiques
Vitesse des Ondes et des Modules Dynamiques

Mécanique des Roches : Vitesse des Ondes et Modules Dynamiques Calcul de la Vitesse des Ondes P et S dans une Roche et Déduction des Modules Dynamiques Contexte : "Écouter" la Roche pour Comprendre sa Rigidité En mécanique des roches, il est souvent nécessaire de...

Étude de l’Altérabilité d’un Marno-Calcaire
Étude de l’Altérabilité d’un Marno-Calcaire

Mécanique des Roches : Étude de l'Altérabilité d'un Marno-Calcaire Étude de l'Altérabilité d'un Marno-Calcaire Exposé à l'Air Libre Contexte : La Dégradation des Roches au Contact de l'Air et de l'Eau Certaines roches, en particulier les roches sédimentaires composées...

Dimensionnement d’un Ancrage Passif
Dimensionnement d’un Ancrage Passif

Mécanique des Roches : Dimensionnement d'un Ancrage Passif Dimensionnement d'un Ancrage Passif pour Stabiliser un Bloc Instable Contexte : Quand la Pente ne Tient Pas Toute Seule Lorsqu'un calcul de stabilité révèle qu'un bloc ou un talus rocheux possède un facteur de...

Influence de la Pression d’Eau
Influence de la Pression d’Eau

Mécanique des Roches : Influence de la Pression d'Eau sur la Stabilité Influence de la Pression d'Eau sur la Stabilité d'un Talus Rocheux Contexte : L'Eau, Ennemi Numéro Un de la Stabilité des Pentes Un massif rocheux, même de bonne qualité, est toujours parcouru par...

Calcul du Tassement de Consolidation Primaire
Calcul du Tassement de Consolidation Primaire

Exercice : Calcul du Tassement de Consolidation Calcul du Tassement de Consolidation Primaire Contexte : Le tassement de consolidationRéduction de volume d'un sol fin saturé due à l'expulsion de l'eau interstitielle sous l'effet d'une charge.. En géotechnique, l'une...

Interprétation d’un Essai à l’Oedomètre
Interprétation d’un Essai à l’Oedomètre

Exercice : Interprétation d’un Essai Oedométrique Interprétation d’un Essai à l’Oedomètre Contexte : La compressibilité des sols fins. En géotechnique, il est crucial de pouvoir prédire le tassementAffaissement vertical du sol sous l'effet d'une charge. Un tassement...

Calcul du Coefficient de Perméabilité
Calcul du Coefficient de Perméabilité

Exercice : Calcul du Coefficient de Perméabilité Calcul du Coefficient de Perméabilité (k) Contexte : L'étude de la perméabilitéCapacité d'un sol à se laisser traverser par l'eau sous l'effet d'un gradient hydraulique. C'est une propriété fondamentale en géotechnique....

Vérification du Risque de Boulance
Vérification du Risque de Boulance

Exercice : Vérification du Risque de Boulance Vérification du Risque de Boulance d'un Fond de Fouille Contexte : La stabilité des excavations en site aquifère. Lorsqu'on réalise une excavation profonde (une fouille) dans un sol saturé d'eau, comme un sable, l'eau...

Écoulement Sous un Batardeau et Débit de Fuite
Écoulement Sous un Batardeau et Débit de Fuite

Exercice : Écoulement Sous un Batardeau Écoulement Sous un Batardeau et Débit de Fuite Contexte : Le Génie Civil et la gestion de l'eau. Dans de nombreux projets de construction (ponts, barrages, fondations...), il est nécessaire de travailler dans des zones...

Influence de la Variation de la Nappe Phréatique
Influence de la Variation de la Nappe Phréatique

Influence de la Variation de la Nappe Phréatique Influence de la Variation de la Nappe Phréatique Contexte : Le principe de la contrainte effectiveLa contrainte supportée par le squelette solide du sol. C'est la contrainte qui contrôle la résistance et la déformation...

Classification d’un Sol selon GTR 92
Classification d’un Sol selon GTR 92

Classification d'un Sol GTR 92 Classification d'un Sol GTR 92 Contexte : La classification des solsEnsemble de méthodes permettant de catégoriser les sols en fonction de leurs propriétés physiques et mécaniques pour des applications en génie civil. est une étape...

Stabilité d’une Excavation Anisotrope
Stabilité d’une Excavation Anisotrope

Stabilité d'une Excavation Anisotrope Stabilité d'une Excavation Anisotrope Contexte : Le défi de l'excavation en milieu rocheux anisotropeSe dit d'un matériau dont les propriétés mécaniques (résistance, déformabilité) varient en fonction de la direction de la...

Calcul de la charge maximale d’un micropieu
Calcul de la charge maximale d’un micropieu

Calcul de la Charge Admissible d'un Micropieu dans le Rocher Calcul de la charge maximale d'un micropieu Contexte : Fondations spéciales en mécanique des roches. Les micropieuxPieux forés de petit diamètre (généralement inférieur à 300 mm), utilisés pour les...

Modélisation d’une Fracture Hydraulique
Modélisation d’une Fracture Hydraulique

Fracture Hydraulique en Mécanique des Roches Modélisation d'une Fracture Hydraulique Contexte : L'ingénierie des géo-énergies. La fracturation hydraulique est une technique d'ingénierie cruciale utilisée pour améliorer la perméabilité des massifs rocheux. En injectant...

Analyse de Stabilité du Talus Rocheux
Analyse de Stabilité du Talus Rocheux

Analyse de Stabilité du Talus Rocheux Analyse de Stabilité du Talus Rocheux Contexte : La sécurité des excavations rocheuses. La création de routes, de carrières ou de fondations de bâtiments nécessite souvent de creuser dans des massifs rocheux, créant ainsi des...

Analyse de Stabilité d’une Galerie Minière
Analyse de Stabilité d’une Galerie Minière

Analyse de la Sismicité Induite en Mécanique des Roches Analyse de Stabilité d'une Galerie Minière Profonde Contexte : La gestion des risques en environnement minier profond. En mécanique des rochesBranche de l'ingénierie qui étudie le comportement mécanique des...

Étude du Comportement au Fluage
Étude du Comportement au Fluage

Étude du Comportement au Fluage d'une Couche de Sel Gemme Étude du Comportement au Fluage d'une Couche de Sel Gemme Contexte : Le temps, un facteur clé pour la stabilité des ouvrages dans le sel. Contrairement à la plupart des roches qui ont un comportement...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *