82799014 Etude Geotechnique de La Stabilite Des Talus Dans

7/22/2019 82799014 Etude Geotechnique de La Stabilite Des Talus Dans

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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LARECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE FERHAT ABBAS

FACULTE DES SCIENCES

DEPARTEMENT DES SCIENCES DE LA TERRE

Mmoire

De fin dtude en vue de lobtention du diplme

DIngnieur dEtat en Gologie

Option : Gologie de lingnieur

Etude gotechnique de la stabilit des talus dans

la carrire de Ain El Kebira (Stif)

Prsent par :

- Kamel MZOUGHEM- Walid CHENAFA

Encadr par :

- Mr. Moulley Charaf CHABOU- Mr. Farid ZAHRI

Devant le jury compos de :

- Prsident- Examinateur

2005/2006


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dic ces

Je ddie ce modeste travail :

Ma trs chre mre et mon pre

A mes frres et mes surs

A tous mes amis

A tous ceux qui de loin ou de prs nont cess

de mapporter leur soutien pendant mesannes dtudes

A tous les tudiants de 5me anne, promotion

2006.

Walid

Je ddie ce modeste travail :

Ma trs chre mre et mon pre

A mes frres et mes surs : Ahmed,

Salah, Hocine, Tahar, Samira et Ali.

Aux familles : MZoughem, Charef et

Benmila.

A tous mes amis en particulier : Said,

Samir, Khaled, Abdelmalek, Hocine .

A tous les tudiants de 5me anne,

promotion 2006.

Kamel


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REMERCIEMENTS

Au terme de ce travail, nous tenons exprimer notrereconnaissance et nos sincres remerciements :

nos encadreurs : Mr Moulley Charaf Chabou et Mr FaridZahri, pour avoir bien su nous guider et nous conseiller tout au

long de la prparation de notre mmoire.

Monsieur Tahar Zaghouane qui nous a fait lhonneur deprsider notre jury.

Monsieur Rihab Hadji pour avoir accepter de juger ce travail. Mr Mohamed Aggoune, Mr Mohamed Djabare, Mr Charef

Khier et tout le personnel de la carrire de Ain El Kebira pour

leurs aides et leurs conseils.

Au personnel du Laboratoire des Travaux Publics de lEst(LTPE, Stif).


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SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE

CHAPITRE I

ETUDE DE LA STABILITE DES TALUS

I.1.PROPRIETES PHYSICO-MECANIQUE DES ROCHES

I.1.1. Les proprits physiques des rochesa. La porosit

b. La masse volumiquec. La teneur en eaud. Le degr de saturation

I.1.2. Les proprits mcaniques des rochesa. La rsistance la compressionb. La rsistance la tractionc. La rsistance au cisaillementd. La cohsion et langle de frottement interne

I.2.CLASSIFICATION DES MOUVEMENTS DE TERRAINS

I.2.1. Les glissementsa. Glissement planb. Glissements rotationnels ou circulaires

I.2.2. Les coulesI.2.3. Les croulementsI.2.4. Le fluage

I.3.METHODES DE CALCULS DE LA STABILITE DES TALUS

I.3.1. Dfinition du coefficient de scuritI.3.2. Mthodes de calcul de la stabilitMthode des tranches

I.3.3. Principaux facteurs influenant la stabilit des talusI.3.4. Stabilisation des talus rocheux


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CHAPITRE IICONDITIONS GEOLOGIQUES ET MINIERES DU GISEMENT

II.1. CONDITIONS GEOLOGIQUES

II.1.1.Situation gographique du gisement dAin el KebiraII.1.2. HistoriqueII.1.3. Stratigraphie de la rgion du djebel MedjounesII.1.4. Stratigraphie et lithologie du gisement calcaireII.1.5. Tectonique du gisementII.1.6. Caractristiques hydrogologiques du gisementII.1.7. Substances extraites

II.2. CONDITIONS MINIERES

II.2.1. RservesII.2.2. Rgime de travailII.2.3. Paramtres du systme dexploitationII.2.4. Exploitation du gisement

a. Abattage des rochesb. Forationc. Tird. Chargement et transport

CHAPITRE IIICALCUL DE LA STABILITE DES TALUS DE LA CARRIERE DE

AIN EL KEBIRA

III.1. INTRODUCTION

III.2. DETERMINATION DES PROPRIETES MECANIQUES DES ROCHES

III.2.1.Rsistance a la compressionIII.2.2. Rsistance a la tractionIII.2.3. Cohsion et angle de frottement interne dun chantillon

III.2.4. Fissuration des roches

III.3. DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DU MASSIF

ROCHEUX

III.3.1. Coefficient daffaiblissement structural du massif rocheuxIII.3.2. Le coefficient de diminution de la valeur de langle de frottement

interneIII.3.3. Dtermination de la cohsion du massif rocheux

III.3.4. Dtermination de langle de frottement interne


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III.4. CALCUL DE LA STABILITE DES TALUS DE LA CARRIERE DE AIN EL

KEBIRA

III.4.1. Mthode de calculIII.4.2. Calcul du coefficient de scuritIII.4.3. Influence de la hauteur du gradin (H) sur le coefficient

de scurit (Fs)III.4.4. Influence de langle du talus sur le coefficient de scurit (Fs)III.4.5. Influence de la cohsion sur le coefficient de scurit (Fs)III.4.6. Influence de langle de frottement interne sur le coefficient de scurit (Fs)III.4.7. Calcul de la hauteur critique H

III.5.INTERPRETATION DES RESULTATS

CONCLUSION GENERALE

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES


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Liste des figures

Figure I.1.Essai de compressionFigure I.2. Traction simpleFigure I.3. Traction indirecte (Essai brsilien)Figure I.4. Cisaillement simple avec une surface de cisaillementFigure I.5. Courbe reprsentative de en fonction de nFigure I.6. Cisaillement simple avec deux surfaces de cisaillementFigure I.7. Cisaillement simple avec surface cylindriqueFigure I.8. Cisaillement par torsionFigure I.9. Cisaillement par compression

Figure I.10. Glissement planFigure I.11. Glissement rotationnel simpleFigure I.12. Glissements successifs embotsFigure I.13. Coule de boueFigure I.14. EcroulementFigure I.15. Exemple de fluageFigure I.16. Surface de ruptureFigureI.17. Dcoupage dun talus en tranches et les forces agissantes sur une trancheFigure I.18.Forces agissantes sur une tranche daprs lhypothse de FELLENIUSFigure I.19.Aplatissement dun talusFigure I.20. Stabilisation des talus par le drainageFigure I.21. Stabilisation des talus par boulonnageFigure I.22. Stabilisation des talus par des ancragesFigure II.1. Situation gographique du gisement calcaire de Ain El KebiraFigure II.2. Carte gologique du Djebel Medjouns, et localisation du gisement de calcaire

(daprs Carte Gologique de lAlgrie au 1/50000)

Figure II.3. Coupe stratigraphique synthtique du Djebel Medjouns, daprs le sondageMDJ 1

Figure II. 4. Coupe gologique du gisement calcaire de Krefdj-El-Kerma/Djebel Medjouns(Panneau A). Echelle : 1/1250e

Figure III.1. Elments du quadrillage pour la dtermination du cercle de rupture pour les

gradins 2 et 5Figure III.2. Variation du coefficientFsen fonction de H pour = 45Figure III.3. Variation du coefficientFsen fonction de H pour = 55Figure III.4. Variation du coefficientFsen fonction de H pour = 65Figure III.5. Variation du coefficientFsen fonction de H pour = 75Figure III.6. Variation du coefficientFsen fonction de H pour = 85Figure III.7. Variation du coefficientFsen fonction de pour H = 5 mFigure III.8. Variation du coefficientFsen fonction de pour H = 10 mFigure III.9. Variation du coefficientFsen fonction de pour H = 15 mFigure III.10. Variation du coefficientFsen fonction de pour H = 20 mFigure III.11. Variation du coefficientFsen fonction de pour H = 25 m

Figure III.12. Variation du coefficientFsen fonction de pour H = 30 mFigure III.13. Variation du coefficientFsen fonction de C pour = 45


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Figure III.14. Variation du coefficientFsen fonction de C pour = 55Figure III.15. Variation du coefficientFsen fonction de C pour = 65Figure III.16. Variation du coefficientFsen fonction de C pour = 75Figure III.17. Variation du coefficientFsen fonction de C pour = 85Figure III.18. Influence de sur le coefficient de scurit Fspour = 85 et H = 15 m

(gradin 2).Figure III.19. Influence de sur le coefficient de scurit Fspour = 85 et H = 15 m

(gradin 5).

Figure III.20.Abaque de Hoek


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Liste des tableaux

Tableau I.1. Classification des roches en fonction de la rsistance la compression

Tableau I.2. Classification des roches en fonction de la rsistance la tractionTableau I.3. Principales classes et types de dstabilisation sur les versants en fonction desterrains concerns

Tableau II.1. Rserves calcaires du gisement du Djebel MedjounsTableau II.2. La rpartition en temps de production de la carrireTableau II.3. Rgime de travail de la carrireTableau II.4. Caractristiques des foreuses utilises dans la carrireTableau II.5. Caractristiques des chargeuses utilises dans la carrireTableau II.6. Caractristiques du matriel de transport utilises dans la carrireTableau III.1. Rsistance la compression du calcaireTableau III.2. Rsistance la traction du calcaire

Tableau III.3. Valeurs obtenues de (Cech) et (ech)Tableau III.4. Classification des discontinuits selon IDTableau III.5. Coefficient a en fonction de la cohsion CTableau III.6. Valeurs du coefficient daffaiblissement structural pour les deux gradinsTableau III.7. Cohsion Cm et angle de frottement interne mdes roches dans le massifrocheux des gradins 2 et 5.

Tableau III.8. Paramtres du quadrillage pour le calcul de FsTableau III.9. Valeur de Fspour le gradin n2Tableau III.10. Valeur de Fspour le gradin n5Tableau III.11. Variation de Fsen fonction de la hauteur du gradin H pour = 45Tableau III.12. Variation de Fsen fonction de la hauteur du gradin H pour = 55Tableau III.13. Variation de Fsen fonction de la hauteur du gradin H pour = 65Tableau III.14. Variation de Fsen fonction de la hauteur du gradin H pour = 75Tableau III.15. Variation de Fsen fonction de la hauteur du gradin H pour = 85Tableau III.16. Variation de Fsen fonction de langle du talus pour H = 5 mTableau III.17. Variation de Fsen fonction de langle du talus pour H = 10 mTableau III.18. Variation de Fsen fonction de langle du talus pour H = 15 mTableau III.19. Variation de Fsen fonction de langle du talus pour H = 20 mTableau III.20. Variation de Fsen fonction de langle du talus pour H = 25 mTableau III.21. Variation de Fsen fonction de langle du talus pour H = 30 mTableau III.22. Variation de Fsen fonction de la cohsion C pour = 45 (H = 15 m)

Tableau III.23. Variation de Fsen fonction de la cohsion C pour

= 55 (H = 15 m)Tableau III.24. Variation de Fsen fonction de la cohsion C pour = 65 (H = 15 m)Tableau III.25. Variation de Fsen fonction de la cohsion C pour = 75 (H = 15 m)Tableau III.26. Variation de Fsen fonction de la cohsion C pour = 85 (H = 15 m)Tableau III.27. Variation du (Fs) en fonction de langle de frottement interne pour le

gradin 2 (= 85 et H = 15 m)

Tableau III.28. Variation du (Fs) en fonction de langle de frottement interne pour legradin 5 (= 85 et H = 15 m)

Tableau III.29. Hauteur critique du gradin 2 de la carrire du Djebel Medjouns(pour Fs= 1,2 et Fs= 1,4)

Tableau III.30. Hauteur critique du gradin 5 de la carrire du Djebel Medjouns

(pour Fs= 1,2 et Fs= 1,4)


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Introduction gnrale

Introduction Gnrale

Le problme de la stabilit des talus dans les carrires et la stabilit des

terrains en gnral constitue lune des proccupations majeures des

gotechniciens et des gestionnaires douvrages dart et miniers.

Dans le cas des carrires, ce problme est dune importance capitale pour :

assurer la continuit de la production. sauvegarder les vies humaines et les engins de production.Ainsi, ltude de la stabilit des talus et la dtermination des paramtres

gomtriques des gradins sont ncessaires pour toutes les carrires.

La prsente tude se propose dtudier la stabilit des talus de la carrire de

calcaire du Djebel Medjouns (Ain El Kebira, Wilaya de Stif).

Les diffrentes parties de ce mmoire sont organises comme suit :

La premire partie nous permettra daborder la stabilit des talus dansson volet thorique.

Dans la partie II, nous dcrirons le contexte gologique et lesconditions technico-minires de la carrire du Djebel Medjouns.

Dans la troisime partie, nous traiterons de ltude de la stabilit destalus de la carrire du Djebel Medjouns.

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IEtude de la stabilit

des talus

I.1.PROPRIETES PHYSICO-MECANIQUE DES ROCHES

Les proprits physico-mcaniques et technologiques des roches ont une grande

influence sur la stabilit des terrains. Parmi les proprits physiques, les plus importantes

sont : la masse volumique, la porosit et lhumidit. Les proprits mcaniques sont : la

rsistance au cisaillement, la rsistance la traction et la rsistance au cisaillement, langle de

frottement interne et la cohsion.

I.1.1. Les proprits physiques des roches

a. La porosit

Cest le rapport du volume des vides Vvde la roche au volume total Vt:

p =t

v

V

Vx 100 (1)

La porosit varie de quelque % plus de 40 % dans les roches sdimentaires, dans lesroches magmatiques, elle est plus faible, souvent infrieure 1 %.

Selon la porosit, les roches sont classes en :

Roches de faible porosit : 0 < p < 5 %

Roches de porosit moyenne : 5 < p < 10 %

Roches de porosit leve : 10 < p < 20 %

Roches de grande porosit : p > 20 %

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Chapitre I Etude de la stabilit des talus

b. La masse volumique

Cest la masse de lunit de volume de la roche (g/cm3). Suivant ltat du matriau, on

dfinit : sla masse volumique absolue ou masse volumique du solide, h la masse volumique

naturelle, dla masse volumique sche et sat la masse volumique sature.

s=S

S

V

M; d=

t

S

V

M; h=

t

h

V

M; sat=

t

Sat

V

M (2)

avec : MS la masse du matriau sec ; g

Vsle volume des grains aprs broyage ; cm3

Vtle volume de lchantillon ; cm3

Mhla masse naturelle ; g

MSatla masse de lchantillon sature ; g.

ddpend de la porosit de la roche, par contre s ne dpend que de la minralogie.

c. La teneur en eau

Cest le rapport de la masse deau Mw, la masse du solide sec.

w =s

w

M

M=

s

SSat

M

MM (3)

d. Le degr de saturation

Cest le rapport du volume de leau contenue dans lchantillon au volume des vides.

Sr=v

w

V

Vx 100 (4)

Vw: volume de leau dans lchantillon, cm3

Vv: volume des vides, cm3

I.1.2. Les proprits mcaniques des roches

a. La rsistance la compression

Elle est dtermine lors des essais de compression simple. Dans cet essai, lchantillon

est pris sous la forme dune carotte (prouvette cylindrique), dlancement L/D (L : hauteur,

D : diamtre) compris entre 2 2,5 avec deux faces planes, lisses et parallles obtenues par

une rectification soigne. Lchantillon est ensuite plac entre les plateaux dune presse.

On appelle rsistance la compression (note c) la contrainte maximale supporte par

lchantillon avant la rupture lors dun essai de compression. Elle est donne par la formule

suivante :

c=

S

F ; Kgf/cm2 (5)

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F : effort (charge) maximale atteinte (juste avant la rupture)

S : section ou surface sur laquelle on applique leffort F

Le tableau I.1. donne une classification des roches en fonction de leur rsistance la traction.

Roches Faiblementrsistantes

moyennes rsistantes Trs rsistantes

c(MPa) < 5 20 60 > 100

Tableau I.1. Classification des roches en fonction de la rsistance la compression

b. La rsistance la traction

Traction simple :

En soumettant une prouvette cylindrique une traction uniaxiale, la rsistance latraction simple est gale la contrainte limite de traction qui produit la dcohsion des

chantillons des roches massives

Rt=0

max

A

P; Kgf/cm2 (6)

Pmax= valeur finale atteinte par leffort appliqu.

A0= surface transversale

Essai brsilien :

Cest lessai de traction le plus commun pour les roches (essai la traction indirecte).

Pour raliser cet essai, on utilise une prouvette de longueur peu prs gale au diamtre.

Lprouvette est place entre les plateaux de la presse puis elle est charge. La contrainte de

traction est donne par la relation suivante :

t=DL

F

max2 ; Kgf/cm2 (7)

avec : Fmax la charge maximale applique

D et L : dimensions de lprouvette cylindrique.

Le tableau I.2 donne une classification des roches en fonction de leur rsistance la traction.

Roches Faiblement

rsistantes

moyennes rsistantes Trs rsistantes

t(MPa) 0.40 1.50 4.00 > 20

Tableau I.2. Classification des roches en fonction de la rsistance la traction

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Figure I.1.Essai de compression

Eprouvette

cylindrique

Figure I.2. Traction simple Figure I.3.Traction indirecte (Essai brsilien)

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La contrainte de traction est fonction de la contrainte de compression : c = k. tAvec 3 < k < 10 (dans la pratique, on prend k = 10).

c. La rsistance au cisaillement

La rsistance au cisaillement reprsente la contrainte tangentielle limite avant larupture dans un essai de cisaillement.

On distingue :

Cisaillement simple Cisaillement par torsion Cisaillement par compressionCisaillement simple :

La rsistance au cisaillement est dfinie par la relation suivante :

Rt=S

Pmax ; Kgf/cm2 (8)

Avec Pmax : effort tangentielle entranant la rupture

S : Surface sur laquelle on applique leffort P.

Dans le cas dun cisaillement simple avec une seule surface : S = h.L Dans le cas dun cisaillement simple avec une deux surfaces : S = 2.h.L Dans le cas dun cisaillement simple avec une seule cylindrique : S = d.L

h : largeur de lchantillon ; L : longueur de lchantillon ; d : diamtre du cylindre.

Cisaillement par torsion :

Dans ce cas, lchantillon de forme cylindrique est soumis un couple de torsion. Ce

dernier va engendrer des contraintes de cisaillement sur chaque section transversale. Quand

ces contraintes atteignent une valeur critique, elle nous donne la rsistance de cisaillement par

torsion dfinie par la formule suivante :

Rt= max = W

Mt

; Kgf/cm2

(9)

Mt: couple de torsion

W : moment rsistant, avec W =16

3d

; d : diamtre de lchantillon.

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Outil

Surface de

cisaillement

Figure I.4.Cisaillement simple avec une

surface de cisaillement

Cisaillement par compression :

On applique un effort de compression F inclin avec un angle par rapport la

surface de cisaillement. La contrainte transmise par lchantillon se dcompose en une

composante normale (n) et une composante tangentielle () ; quand cette dernire atteint unecertaine valeur, lchantillon se rompt. Cette valeur critique est la rsistance au cisaillement

par compression de la roche. Les deux contraintes sont dfinies par les formules suivantes :

=S

P cos.; (10)

=S

P sin. (11)

Les chantillons utiliss ont une forme cubique ou cylindrique dont le diamtre est

gal la longueur. Langle varie de 30 60.

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La courbe reprsentative de () en fonction de (n) est donne sur la figure. A partir de

cette courbe on peut dterminer graphiquement la cohsion et langle de frottement interne de

lchantillon (C et ). Ces deux paramtres seront dfinis dans le paragraphe suivant.

n

Figure I.5. Courbe reprsentative de en fonction de n

d. La cohsion et langle de frottement interne

La cohsion et langle de frottement interne dun chantillon sont fonction des

rsistances la compression et la traction.

La cohsion dun chantillon est donne par la relation suivante :

Cech=2

3.2

.

ttc

tc

RRR

RR

(12)

Langle de frottement interne est donn par la relation c :

ech = arcsin

tc

tc

RR

RR

2

4 (13)

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Outil

Support

Surface de

cisaillement

Figure I.6. Cisaillement

simple avec deux surfaces Figure I.7. Cisaillement

simple avec surface

cylindrique

Echantillon

cylindrique

Echantillon

Figure I.9. Cisaillement par

compressionFigure I.8. Cisaillement par

torsion

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I.2.CLASSIFICATION DES MOUVEMENTS DE TERRAINS

De nombreuses classifications ont t proposes pour rendre compte de la diversit des

mouvements de terrain. Les principaux critres de classification retenus sont (tableau I.3) :

Types de terrain affects. Types de mouvements. Vitesse des processus. Taux de remaniement des matriaux aprs le mouvement.Les mouvements de terrain les plus frquents sont classs en :

Glissements. Coules. Ecroulement. Fluages.

I.2.1. Les glissements

Ils se caractrisent par la translation latrale dune certaine masse de matriaux au

niveau dune surface de rupture nettement individualise et se produisent gnralement dans

des matriaux faiblement cohrents (marnes, argiles..). Les glissements sont les mouvements

qui affectent le plus frquemment les ouvrages de gnie civil et gnie minier.

Selon la forme de la surface de rupture, on distingue trois types de glissements :

Glissement plan. Glissement rotationnels simples. Glissement rotationnels complexes (composs).

a. Glissement plan

Il se produit suivant un plan, au niveau dune surface de discontinuit gologique :

zone entre deux matriaux de nature diffrente, failles, plans de stratification (figure I.10).

La ligne de rupture suit une couche mince de mauvaises caractristiques sur laquelle sexerce

souvent laction de leau. Une telle couche est appele couche savon .

Figure I.10. Glissement plan

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b. Glissements rotationnels ou circulaires

Le terrain glisse le long dune surface concave ayant la forme dune cueillere. On

distingue le glissement rotationnel simple et complexe (compos).

Glissement rotationnel simple :

Ce type de glissement est trs frquent. La surface de rupture une forme simple et

peut tre assimile un cylindre. Dans un tel glissement, on distingue (figure I.11) : au

sommet des fissures de traction et un escarpement, correspondant au dpart de la surface de

glissement, et la base un bourrelet form par des matires glisses. Dans certains cas, la

surface de rupture peut tre assimile un cercle, do le nom de glissement circulaire.

EscarpementFissures de traction

Bourrelet

Profil initial

Surface de rupture

Figure I.11. Glissement rotationnel simple

Glissement rotationnel complexe :

Ce type de glissement est rare. Il sagit de glissements multiples embots les uns dans

les autres, dus souvent la suppression de la bute provoque par le glissement prcdent, ce

qui entrane des glissements successifs remontant vers lamont.

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Figure I.12. Glissements successifs embots

Principales causes des glissements :

Plusieurs facteurs contribuent au dclenchement des glissements, les plus importantstant :

- la nature des terrains : les terrains argileux sont prdisposs aux glissements.- laction de leau : leau est dans la plupart des cas la cause principale dans la

mise en mouvement des terrains.

- les causes mcaniques externes : citons parmi les causes mcaniques externes,le terrassement au pied du talus, les entailles effectues dans les talus stables,

toute surcharge naturelle ou artificielle dpose sur une pente, les vibrations

naturelles (sismes) ou artificielles (explosion, machines ).

I.2.3 Les coules

Elles se produisent partir de matriel meuble, momentanment satur en eau, prenant

alors une consistance plus ou moins visqueuse, parfois proche de la fluidit. On distingue

plusieurs types de coules telle que :coules boueuses(incluant coule de blocs, de terre, de

boue, lave torrentielle, avalanche de dbris et se produisant surtout en montagne)

(Figure I.13), coules de solifluxion (dplacement lent des sols en milieu priglaciaire,

rsultant de linstabilit de la partie dgele du sol, en surface, au cours de lt).

Figure I.13. Coule de boue

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I.2.4. Les croulements

Ce sont des chutes soudaines de masses rocheuses (Figure I.14). On utilise le terme de

chute de pierres pour le dtachement de quelques units de volume infrieur 1 dm2, ou chute

de blocs pour un volume suprieur. Le terme croulement est utilis quand il sagit de la chute

soudaine dune masse rocheuse qui se dtache dune paroi en se dsorganisant.

Etat final

Falaise initiale

Figure I.14. Ecroulement

I.2.5. Le fluage

Il correspond des mouvements lents, dus des sollicitations proches de la rupture

(domaine plastique). Dans lexemple de la figure I.15, le banc de marne flue sous le poids de

la falaise calcaire. Ceci peut provoquer une fissuration du banc calcaire peu dformable et un

risque dcroulement de la falaise.

Fissure

Falaise calcaire

Ventre

Figure I.15. Exemple de fluage

Une compilation des diffrents types de mouvements de terrain est donne dans le

tableau I.3.

13


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Tableau I.3. Principales classes et types de dstabilisation sur les versants en fonction des

terrains concerns (daprs Campy M., Macaire J.J., 2003)

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I.3.METHODES DE CALCUL DE LA STABILITE DES TALUS

Les mthodes de calcul de stabilit des terrains sont bases sur la constatation

suivante : lorsquil y a glissement de terrain, il y a sparation dune masse du sol du reste du

massif et son glissement se fait suivant une surface de rupture. Ayant dfini une surface de

rupture S , on tudie la stabilit de la masse (1) mobile par rapport au massif (2) qui estfixe (figure I.16).

Figure I.16. Surface de rupture

I.3.1. Dfinition du coefficient de scurit

Le calcul de la stabilit des talus est gnralement estim laide dun coefficient

appel : coefficient de scurit Fs. Ce coefficient est dfini comme tant le rapport du moment

par rapport un point fixe de la rsultante des forces rsistantes au glissement aux forces

provoquant le glissement.

Fs=mouvementleprovoquantforcesdesMoments

mouvementaursistantforcesdesMoments

(14)

Thoriquement, le talus est dit stable si Fs > 1. Ltat dquilibre limite (rupture) est

obtenu lorsque Fs= 1. Mais dans la pratique, le coefficient Fs est compris entre 1,15 et 1,30 en

tenant compte des facteurs suivants :

Les erreurs dues lexactitude des mthodes de calcul de la stabilit du bord. Les incertitudes exprimentales de la dtermination des proprits physico-

mcaniques des roches, comme par exemple la valeur moyenne du poids volumiquedes roches composant le massif.

Les incertitudes de la dtermination de linfluence de la fissurit. Linfluence des charges dynamiques provoques par le tir, par le mouvement des

moyens de transport et par les sismes.

I.3.2. Mthodes de calcul de la stabilit

Les principales mthodes de calcul de la stabilit des talus sont :

Les mthodes bases sur lquilibre limite. Les mthodes des lments finis. Les mthodes des abaques.

15


25/84


Dans ce travail, on utilisera les mthodes sur lquilibre limite. La mise en quation du

problme de lquilibre dune masse de sol peut se faire de deux manires :

Ou bien on tudie lquilibre de lensemble de la zone de glissement. La ligne derupture est ; la plupart du temps suppos circulaire. Cest la mthode globale

(mthode de TAYLOR ; de CAQUOT ; de BIAREZ..). Ou bien on dcompose le talus en tranches dont on tudie dabord lquilibre

individuel, avant de globaliser le rsultat en faisant intervenir certaines hypothses

simplificatrices ; cest la mthode des tranches (mthode de FELLENIUS,

mthode de BISHOP).

Dans ce qui suit, on dveloppera la mthode des tranches, qui sera utilise dans le cadre

de notre travail.

Mthode des tranches :

Cette mthode consiste considrer les forces qui tendent retenir un certain volumede terrain, dlimit par les forces libres du talus et une surface de rupture potentielle, et celles

qui tendent la mettre en mouvement (figure I.17).

FigureI.17. Dcoupage dun talus en tranches et les forces agissantes sur une tranche

ci, i, i

l =cos

b

n

16


26/84


Soit un cercle quelconque de centre O et de rayon R pour lequel on vrifie la scuritvis--vis du risque de glissement. La mthode des tranches consiste dcouper le volume de

sol (compris dans larc EF) en un certain nombre de tranches limites par des plans verticaux.

En labsence deau, une tranche (n) est soumise :

Son poids W = n.hn.bn Les efforts inter-tranches dcomposs en efforts horizontaux Hnet Hn+1et en efforts

verticaux Vnet Vn+1.

La raction Rndu milieu sous-jacent sur larc AB (rsistance de cisaillement). Elle sedcompose en une composante normale et tangentielle.

a. Dans la mthode de FELLENIUS (1936), appele aussi mthode sudoise, onconsidre que :

La ligne de glissement est de forme circulaire On nglige totalement les efforts inter-tranches La seule force agissant sur larc AB est le poids W.

Par rapport au centre O, on peut dfinir :

- le moment moteur comme celui du poids des terrains W tendant provoquer le glissement.

- le moment rsistant maximal fourni par la valeur

maximale que peut prendre la composantetangentielle de Rn.

Daprs la loi de Coulomb :

Rn= cn.AB + Nn.tann (15)

Par ailleurs : Nn= Wncosn (16)

Donc : Rn= cn.AB + Wncosn tann (17)

Dautre part : AB = ln=n

nb

cos (18)

La somme des moments rsistants maximaux scritdonc :

m

1

R. ( ci.n

nb

cos+ Wncosn tani) (19)

O : m = nombre total de tranches.

Ci, i = caractristiques mcaniques de lacouche dans laquelle est situ larc AB.

- Le moment moteur est d Tnet gal Tn.R

Par ailleurs :Tn= Wnsinn (20)

Figure I.18.Forces agissantes sur une

tranche daprs lhypothse de

FELLENIUS

17


27/84


En remplaant (19) et (20) dans lquation (14), on obtient lexpression du facteur descurit :

Fs=

=

=

+

m

n

m

n

1

nn

1

inn

n

ni

sinW

tgcosWcos

bc

(21)

Les paramtres intervenant dans le calcul de Fssont donc :

- b, la largeur des tranches ;- , langle orient que fait le rayon du cercle passant par le milieu de la base de

la tranche avec la verticale ;- la hauteur de la tranche pour le calcul du poids W.

b. Mthode de BISHOP simplifie (1954)

Dans cette mthode on considre que :

La ligne de glissement est toujours de forme circulaire. Les efforts verticaux inter-tranches sont nuls (Vn Vn+1= 0).

Le facteur de scurit est donn par la formule suivante :

Fs=

( )

=

=

+

m

n

m

n

i

m

b

1

nn

1

ini

sinW

tgWc

(22)

avec m= cosi [1 +s

i

F

tgtgi

] (23)

Pour dterminer Fsil faut procder par itrations successives. La premire itration estfaite en adoptant, comme valeur Fs0 le coefficient de scurit obtenu par la mthode de

Fellenius.

La mthode de Fellenius donne des rsultats pessimistes par rapport la mthode de

Bishop. Les carts sur Fs peuvent atteindre 10 %. La mthode de Fellenius a lavantage desimplicit et donc peut tre utilise dans tous les cas courants.

18


28/84


I.3.3. Principaux facteurs influenant la stabilit des talus

Langle de pente maximal que peut admettre un talus dpend dun certain nombre defacteurs dont les principaux sont :

La hauteur du gradin La nature des terrains Leau souterraine La mthode et les phases dexploitation Les facteurs dordre gomtrique (concavit ou convexit du bord du talus)

a. La hauteur du gradin

La hauteur du gradin influe considrablement sur la valeur du coefficient de scurit et

donc sur la stabilit des talus. Plus la hauteur du gradin est grande, plus son angle de pentesera faible.

b. La nature des terrains

La nature des terrains est un paramtre trs important dont il faut tenir compte dans unetude de stabilit. Il sagit principalement dtudier la structure du massif et des

caractristiques physiques et mcaniques du terrain.

En ce qui concerne la structure du massif, ltude des discontinuits du massif (fractures,plans de stratification, failles, fissuration) a une influence primordiale sur le calcul du

coefficient de scurit.

En ce qui concerne les caractristiques physiques et mcaniques, le paramtre physique

pris en compte lors du calcul de la stabilit des talus est le poids volumique des terrains enplace. Les caractristiques mcaniques du terrain les plus importantes sont sa rsistance au

cisaillement qui nous permet de mesurer les caractristiques de cisaillement (cohsion etangle de frottement interne).

c. Leau souterraine

Leau joue un rle trs important dans la stabilit des talus. Dune manire gnrale, laprsence deau dans un terrain abaisse le coefficient de scurit.

d. Les phases et les mthodes dexploitation

La modification de ltat des contraintes dans un massif rocheux suite aux travauxdexploitation peut entraner une diminution de la rsistance au cisaillement qui peut conduire

des ruptures. Les calculs de stabilit des gradins doivent aussi tenir compte des surchargesponctuelles dues aux engins dexploitation.

e. La gomtrie

La concavit ou la convexit des bords de talus a une influence sur la valeur relle du

coefficient de scurit. Dans le cas ou le bord de fosse est concave, la valeur de Fsest sousestim. Dans le cas contraire (bord convexe), elle est surestim par rapport la ralit.

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I.3.4. Stabilisation des talus rocheux

Pour augmenter la stabilit des talus rocheux, on utilise diffrentes techniques, parmilesquelles, on citera :

Laplatissement du talus : cette technique consiste diminuer le poids du massifrocheux qui a tendance glisser (figure I.19). Le drainage: les pressions peuvent tre responsables de la diminution de Fs, le

drainage peut dans ce cas tre utilis, surtout si la permabilit des discontinuits estsuffisante. Les drains peuvent tre mis en place partir du talus ou partir dune

galerie de drainage (figure I.20).

Le boulonnage : cette technique pour objet de retenir en place des blocs rocheux.Linfluence de celle-ci ne stend que sur quelques mtres (figure I.21).

Les ancrages : ces techniques peuvent retenir des massifs rocheux beaucoup plusimportants, vue la profondeur du scellement et les efforts qui peuvent tre mobiliss(figure I.22).

Linjection: elle consiste augmenter les caractristiques de cisaillement parintroduction dans les joints dun coulis dinjection.

Aplatissement du talus

Pieux 1,50 m

Pieux 1,07 mou 1,28 m

Figure I.19.Aplatissement dun talus

20


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pompage

Fissure

verticaledrain

Galerie de

drainage

Plan de glissement

Figure I.20. Stabilisation des talus par le drainage

Boulons

Figure I.21. Stabilisation des talus par boulonnage Figure I.22. Stabilisation des talus pardes ancrages

21


31/84

II

Conditions gologiques

et minires

II.1. CONDITIONS GEOLOGIQUES

II.1.1. Situation gographique du gisement de Ain El Kebira

Le gisement calcaire de Ain El Kebira est situ environ 20 Km au nord est du chef lieu

de la wilaya de Stif et 7 Km au sud de la dara de Ain El Kebira dont il porte le nom.

La route Ain El Kebira-Stif passe proximit de la carrire (Figure II.1).

Les coordonnes gographiques du centre du gisement sont :

Latitude = 361905 N

Longitude = 52950E

Ce gisement appartient au massif montagneux du Djebel Medjouns, caractris par unrelief trs prononc, et qui stend sur environ 15 Km dEst en Ouest, avec une largeur moyenne

de 7 Km, atteignant une altitude de 1461 m au niveau du pic.

Le climat de la rgion est semi-aride, caractris par un t chaud et sec et un hiver froid

avec des prcipitations relativement abondantes, souvent sous forme de neige. La quantit

annuelle des prcipitations au Djebel Medjouns est denviron 600 700 mm.

Le secteur dtude est localis sur le bord ouest du Djebel Medjouns au lieu dit Krefdj El

Kerma.

II.1.2. Historique

Les tudes gologiques pour la recherche de gisements de matires premires pour

limplantation dune cimenterie dans la rgion de Stif ont dbut en 1971. Une dizaine de

gisements ont t localiss, mais ceux du Djebel Medjouns, tudis partir de septembre 1973,

se sont rvls trs favorables pour limplantation dune cimenterie, que ce soit du point de vue

qualit/quantit des roches calcaires et des marnes, que sur le plan infrastructure (prsence dune

rivire proximit, existence de lignes lectriques et de routes). Les travaux de prospection ont

t raliss par la socit allemande GmbH.

Les travaux de construction de la cimenterie de Ain El Kebira ont dbut en 1975, et se

sont achevs en 1978, anne de son inauguration. En janvier 1979, la cimenterie a atteint unecapacit de production de 3000 T/J.

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Chapitre II Conditions gologiques et minires

Echelle : 1/50 000

Figure II.1. Situation gographique du gisement calcaire

de Ain El Kebira

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II.1.3. Stratigraphie de la rgion du Djebel Medjounes

La srie stratigraphique du massif et de son voisinage comprend les formations

sdimentaires du Trias, du Crtac, du Tertiaire et du Quaternaire (Figure II.2). Les formations du

Crtac et du Tertiaire appartiennent la nappe de Djemila qui couvre des surfaces considrables

sur la moiti nord de la carte gologique de Stif au 1/200.000. Le sondage MDJ-1 ralis sur le

flanc ouest du Djebel Medjouns ( proximit du gisement calcaire, figure II.2) donne une coupestratigraphique du massif (Figure II.3). Notons qu partir de la profondeur de 1498 m, les sries

appartiendraient la nappe pni-tellienne (Vila J.M., 1977).

1- Le Trias

Au pied du Djebel Medjouns (dans sa partie Sud-Est) affleure le Trias sous forme dun

amas compos dargiles barioles, de gypses roses ou rouges et de gros blocs de cargneules et de

calcaires dolomitiques.

2- Le Crtac

Les roches du Djebel Medjouns appartiennent en majeure partie au Crtac Suprieur.

On distingue les sries suivantes :

Marnes noires du Campanien-Maestrichtien infrieur : cette formation affleure sur leflanc sud-est du Djebel Medjouns, et occupe une faible superficie (2 km2). Elle est

constitue de marnes noires boules jaunes.

Calcaires bien rgls (dits du Matrouna et du Dj. Medjouns) du Campaniensuprieur et Maestrichtien : Il sagit dune puissante srie (250 m dpaisseur) de

calcaires massifs noirs bien lits en alternance avec des bancs marneux trs minces. Lescalcaires sont lits en bancs mtriques groups en barres bien individualises (4 ou 5)

atteignant 80 m dpaisseur. Le gisement calcaire tudi dans ce travail appartient

cette srie.

Marnes noires du Maestrichtien suprieur Palocne : cette srie, qui affleure aupied du Djebel Medjouns, est compose de marnes noires, toujours trs froisses, parfois

boules jaunes. Les marnes de cette srie qui affleurent au voisinage de la carrire de

calcaire sont exploites pour lalimentation de la cimenterie.

3- Le Tertiaire

Sur le flanc nord du Djebel Medjouns, les marnes noires du Maestrichtien suprieur-

Palocne passent sans lacunes stratigraphiques des calcaires bitumineux blancs de lYprsien-Luttien infrieur. Cette srie est couronne par des marnes noires ou gris boules jaunes du

Luttien.

4- Le Quaternaire

Dans le rgion dtude, les sdimentes quaternaires ne sobservent que localement et pour la

plupart avec une faible puissance.

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Trias

exotique

N

3620 N

Figure II.2. Carte gologique du Djebel Medjouns, et localisation du

calcaire (daprs Carte Gologique de lAlgrie au 1/500

530

530

MaesPalo

noire

Trias exotique :

argiles et gypses.

Campanien Maestrichtieninfrieur : marnes sombres

boules jaunes.

Campanien suprieur etMaestrichtien infrieur :calcaires.

Yprsien- Luttieninfrieur : calcaires

bitumineux.

Eocne moyen (etsuprieur ?) : marnes

noires, brunes ou grises.

Mio-Pliocne continental : sables,

graviers, limons, argiles.


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ETAGE LITHOLOGIE PROF. DESCRIPTION DES ROCHES

Snonien suprieur

Snonien infrieur

Turonien

Cnomanien

suprieur

Cnomanien

infrieur

Albien suprieur

Albien

865 m

1498 m

2125 m

2400 m

2750 m

Marnes et barres de calcaire marneux

Formation marneuse et marno-calcaire

complique par de nombreux replis

Intrication de facis marneux et

marno-calcaires et de formations

carbonates sparitiques lments

abondants de faune ou de microfaune

nritique

Srie marneuse et marno-calcaire

Marnes grseuses et plites sombres

Figure II.3. Coupe stratigraphique synthtique du Djebel Medjouns, daprs le sondage MDJ 1

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II.1.4. Stratigraphie et lithologie du gisement calcaire

Le gisement calcaire du Djebel Medjouns appartient la srie des calcaires bien rgls

du Campanien suprieur et du Maestrichtien. Il est constitu de deux panneaux A et B (spars

par une faille) avec une tendue totale de 0,9 Km2.

Au cours de la ralisation de la carte gologique du gisement au 1/2500 par la socit

GmbH, le gisement calcaire a t subdivis en plusieurs couches. Ces couches, numrotes du

bas vers le haut, sont les suivantes (figures II.4 et Planche 1 hors texte) :

Couche 1 (succession sous-jacente de calcaires et de roches marneuses) :ces couches affleurent au fond du vallon situ au versant est du Krefdj-El-Kerma. Il sagit

dune alternance de roche calcaire marneuse et de marne fortement calcaire. Leur

puissance est suprieure 65 m.

Couche 2 (unit principale moyenne de roche marneuse) : cette unit affleure lextrieurdu gisement dans le mme vallon que la couche 1. Elle se compose de roches marneusesoeilles fortement calcaires en alternance avec des couches de calcaires fortement

marneux et de roches marneuses faiblement calcaires. Sa puissance laffleurement est de

18 m.

Couches 3 7 (unit calcaire principale) : Cet ensemble de couches, dont lpaisseurtotales peut atteindre 49m, reprsente le calcaire principal du gisement. Il se subdivise

dans le panneau A et dans de larges parties du panneau B en membres suivants :

o Couche 3 (calcaire principal infrieur) : les roches calcaires de ce membre sonttrs uniformes, de couleur gris noir gris moyen aux cristaux fins trs fins et de

texture compacte ou oeille et lite. Lpaisseur moyenne de ce membre est dunevingtaine de mtres.

o Couche 4 (Roche marneuse intercale infrieure) : ce membre, intercal danslunit calcaire principale constitue un excellent niveau repre stratigraphique avec

une paisseur de 2,1 4 m. Les roches marneuses et les calcaires fortement

marneux de ce niveau sont friables et saltrent en petits morceaux. Cette couche

est relativement riche en bitume, ce qui se traduit par son odeur caractristique.

o Couche 5 (Calcaire principal moyen) : les roches de cette couche ressemblent celles de la couche 3. La couleur des roches varie entre gris fonc, gris moyen et

gris bruntre. Ces calcaires sont finement cristallins avec une texture oeille etnoduleuse. Leur puissance est comprise entre 8,9 et 10,6 m dans le panneau A,

lgrement plus importante dans le panneau B (15 m).

o Couche 6 (roche marneuse intercale suprieure) : cette couche est semblable celle des marnes intercales infrieures (couche 4). Elle constitue galement un

excellent repre stratigraphique. Lpaisseur de cette couche est comprise entre 6,3

et 6,5 m.

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o Couche 7 (calcaire principal suprieur) : cest le membre le plus rcent du calcaireprincipal du gisement. Il est constitu de calcaire faiblement marneux, de couleur

bruntre. A cause de lrosion rcente, le calcaire de ce membre ne subsiste que

dans certaines parties du gisement, mais il y occupe de larges superficies. Sa

puissance est denviron 7m en moyenne.

Couche 11 (unit de roche marneuse sus-jacente) : cette couche surmonte le calcaireprincipal, et se compose dune alternance de roche marneuse calcaire de 2,5 4 m

dpaisseur, et une succession rpte de lits compacts de calcaire marneux. La puissance

totale de ce membre est de plusieurs dizaines de mtres.

II.1.5. Tectonique du gisement

Le massif du Djebel Medjouns se caractrise par le fait que les formes de ses montagnes

sont trs largement identiques avec les formes des plissements, de telle sorte que les flancs des

montagnes concident avec les flancs des couches.

Du point de vue tectonique, le gisement calcaire fait partie intgrante de lanticlinal duDjebel Medjouns, dont laxe de plissement principal stend en direction WSW-ESE. Il

repose sur le flanc SW de la vote principale. Un plissement transversal, dont laxe prend

la direction WSW-ENE, se superpose au premier. Ces plis sont compliqus par quelques

grandes et de nombreuses petites failles.

Le pendage des couches change assez doucement. Il diminue en gnral de 30 10depuis le pied W du Krefdj-El-Kerma vers la cime. Un redressement notable des couches

avec changement de direction caractrise le bord Nord du gisement.

Le nombre de failles est considrable, mais celles forts rejets ne sobservent que dansdes cas isols.o La faille la plus importante est un effondrement qui stend en forme de S en

direction W-E et qui a t choisie comme limite entre les panneaux A et B. La

valeur maximale du rejet de cette faille est de lordre de 25 30 m.

o Un deuxime systme de failles stend 250 m au sud de cette dernire,paralllement celle-ci. Le rejet ne semble pas dpasser 10 m.

o Contrairement au grand nombre de failles daffaissement caractrisant la partieSud de gisement, la plus grande partie du panneau A se trouve caractrise par une

prdominance de faille de chevauchement, dont le rejet est trs faible.

o La majorit des failles, notamment celles de chevauchement peuvent tre runiespar groupes suivants le sens de leur direction. Les directions principales de ces

failles semblent se prsenter par paires selon les directions suivantes :

120 125 N ; 130 140 N. 70 80 N ; 40 50 N.

Ces directions sont aussi celles des diaclases qui caractrisent si souvent les

calcaires, se prsentant en groupes sensiblement parallles.

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38/84


29

II.1.6. Caractristiques hydrogologiques du gisement

Dans la rgion de Stif, les quantits deau souterraine captables sont assez faibles. Il en est

de mme dans les environs du gisement, la diffrence que cette rgion faisant partie du bord

septentrional du bassin de Stif, les prcipitations sont un peu plus abondante, et donc la rgion

dtude est favorise vis vis des rgions situes plus au Sud. Cette situation se traduit par

lexistence de petits et moyens cours deau prenne dans lesquels samassent les eaux

souterraines locales et dont le nombre, la densit et le dbit augmentent trs nettement au bord

Nord du bassin.

II.1.7. Substances extraites

Le projet dexploitation du gisement calcaire de Djebel Medjounes a t labor en vue

dalimenter en sur dos la cimenterie de Ain El-Kebira. La cimenterie utilise un mlange cru

trois (3) composants intgrant les matires premires suivantes :

Calcaire du Djebel Medjouns (88 %) Marnes argileuses (10 %) Minerai de fer (2 %)Ainsi, en plus du calcaire, les marnes sont galement extraites dans la partie ouest de la

carrire.


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Figure II. 4. Coupe gologique du gisement calcaire de

El-Kerma/Djebel Medjouns (Panneau A). Echelle : 1

Krefdj-El-Kerma


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II.2. CONDITIONS MINIERES

II.2.1. Rserves

Les rserves calcules des calcaires du gisement du Djebel Medjouns sont donnesdans le tableau II.1. Ce calcul, ralis par la socit GmbH en 1973, a t effectu sur la base

dun poids spcifique de = 2,5 g/cm3pour le calcaire.

Catgorie des rserves Quantit des rserves en

tonnes

Catgorie 1 : rserves prouves

Catgorie 2a : rserves probables

Catgorie 2b : rserves indiques

Catgorie 3 : rserve possibles

Rserves gologiques supplmentaires

25.064.975

7.017.000

10.458.350

42.540.325

40.789.000

83.329.325

66.000.000

Tableau II.1. Rserves calcaires du gisement du Djebel Medjouns

Lextraction durant la priode allant de 1979 2005 a consomm 30 millions de

tonnes de calcaire. Il reste donc plus de 100 millions de tonnes (en tenant compte des rserves

gologiques supplmentaires) extraire, les rserves restantes assureront une production de

ciment pour un sicle (100 ans) environ.

II.2.2. Rgime de travail

La capacit de production de la carrire est de 1.300.000 tonnes de calcaire par an

(2003). Les performances relatives lexploitation du calcaire sont consignes dans le

tableau II.2.

Dsignations P r o d u c t i o n

Annuelle Mensuelle Journalire

Calcaires T m3 T m3 T m3

1.300.000 520.000 129.998 51.999 5.909 2.363

Tableau II.2. La rpartition en temps de production de la carrire

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41/84


Le rgime de travail de la carrire, conforme la demande des travaux, est donn dans

le tableau II.3.

Rgime de travail Foration Transport Chargement

Nombre de jours ouvrables par an

Nombre de jours ouvrables par semaine

Nombre de postes ouvrables par semaine

Nombre dheures de travail par poste

260

5

10

9

260

6

11

8

Tableau II.3. Rgime de travail de la carrire (daprs Siamkine, 1986).

II.2.3. Paramtres du systme dexploitation

Actuellement, le gisement du Djebel Medjouns occupe une superficie de 0,9 km2.

Six (6) gradins sont en exploitation, la hauteur de chaque gradin est de 15 m

(Photo annexe I.1). Langle de pendage varie de 70 85. La longueur de la plate forme de

travail varie de 150 m 250 m (cela dpend de lavancement des travaux).

II.2.4. Exploitation du gisement

Au regard du relief et de la nature de la roche, la mthode dexploitation applique estcelle ciel ouvert par des gradins de hauteurs variables.

La technique dextraction utilise est celle de forage et de tir. Labattage de la matire sopre de haut en bas suivant les gradins et les talus

garantissant la stabilit lors des travaux dabattage.

Le tir se fait une fois par semaine ouvrable suivant une seule range de trous si lesdimensions de lenlevure le permettent.

a. Abattage des roches

Les travaux dabattage du calcaire se font laide dexplosifs ce qui permet davoir unebonne et rgulire fragmentation de la roche.

b. Foration

La foration des trous de mine se fait laide des sondeuses de type INGERSOLL RAND

dont les caractristiques sont groupes dans le tableau II.4.

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Types de Foreuses

Caractristiques

INGERSOLL RAND

T. 4

INGERSOLL RAND

GRAWL AIR

Diamtre de trou (mm)

Rendement (m/poste)

Sens de Foration

Nombre de Foreuses

162

80

Vertical

2

80

60 80

Vertical et Inclin

3

Tableau II.4. Caractristiques des foreuses utilises dans la carrire

c. Le Tir

Aprs avoir for des trous qui sont au nombre de 20 dans une seule range (Photo

annexe I.2), on introduit lintrieur de chaque trou une cartouche damorage qui est de la

marmanite au dessus duquel on place de lanfomyl et au dessus de ce dernier on place le

bourrage.

Le bourrage permet davoir une bonne explosion et permet surtout darrter le soufflage

de lexplosif en lair durant la dtonation.

Les explosifs sont relis entre eux par un cordon dtonateur ce qui permet lexplosion en

une rafale.

Les paramtres du tir utiliss sont les suivants :

o Gomtrie Le diamtre dun trou est de 162 mm (foration du gradin) et de 80 mm (pour les

blocs)

La hauteur du gradin : 15m Linclinaison du trou : 00 Le Nombre de ranges : 01

o Maille Largeur de la banquette : 4,5 m Largeur selon lhorizontale : 4,5 m Espacement des trous : 4.5 m

o Trous Largeur total : 16,00 m Dont suporation : 1 m

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Longueur de bourrage : 3,5 m Longueur du pied : 4,5 m Longueur de la colonne : 8 mo Type dexplosifAnfomyl et la marmanite. En t, on combine ces deux explosifs dans un mme trou mais

par contre en hiver seul lAnfomyl est utilis car la marmanite ne rsiste pas lhumidit.

Un trou contient : - Marmanite 72.5 kg (1/3 de la charge)

- Anfomyle 125 kg (2/3 de la charge)

o Type de bourrageOn utilise du calcaire comme bourrage.

d. Chargement et transport

Le tout venant extrait au tir est charg sur camion-bennes par chargeuses. Les

caractristiques du matriel de chargement disponible dans la carrire sont donnes dans le

tableau II.5 (Photo annexe I.3).

Matriel Type et marque Capacit du godet (m3) Nombre

Chargeuse sur pneu

Chargeuse sur pneu

Chargeuse sur pneu

Komatsu W700

Komatsu W600

Caterpillar 988

6

6

8

1

1

4

Tableau II.5. Caractristiques des chargeuses utilises dans la carrire

Le matriau abattu sera ensuite transport vers la trmie de rception. La distance

maximale de transport atteint 3,78 km. Les caractristiques des moyens de transport

disponibles en carrire sont donnes dans le tableau II.6 (Photo annexe I.3).

Matriel Type et marque Capacit charge Nombre

Camion

Camion

Camion

Komatsu R.50

Komatsu U R.35

Komatsu R.32

50 tonnes

35 tonnes

32 tonnes

05

03

02

Tableau II.6. Caractristiques du matriel de transport utilis dans la carrire

34


44/84

P RTIE EXPERIMENT LE


45/84

III

Calcul de la stabilit des

talus de la carrire de

Ain El Kebira

III.1.INTRODUCTION

Le calcul de la stabilit des talus revient dterminer le facteur de scurit des gradins.

Pour cela, il ncessaire dabord de dterminer les proprits physico-mcaniques des roches au

laboratoire, puis dans le massif rocheux. Une fois les proprits physico-mcaniques dtermines,

on calcul le facteur de scurit.

III.2. DETERMINATION DES PROPRIETES MECANIQUES DES ROCHES

III.2.1. Rsistance a la compression

La rsistance la compression est dfinie par la relation suivante :

Rc=S

Fmax [Kgf/cm2] (24)

Fmaw : la charge rupture

S : surface sur laquelle la charge est applique

Lessai a t effectu au Laboratoire des travaux publics de lEst LTPE (Stif) sur deux

prouvettes de roches calcaires prleves des gradins 2 et 5 de la carrire du Djebel Medjouns

(Photos annexe II).

Les rsultats obtenus sont donns dans le tableau III.1.

N Echantillon Surface

S (cm2)

Charge max.

Fmax (Kg)

Rsistance

Rc(Kg/cm2)

1 (gradin 2)

2 (gradin 5)

1258

1070

Tableau III.1. Rsistance la compression du calcaire

36


46/84

Chapitre III Calcul de la stabilit des talus de la carrire de Ain El Kebira

Daprs le tableau III.1., la rsistance la compression du calcaire est relativement leve.

III.2.2. Rsistance a la traction

La rsistance la traction est dfinie par la relation suivante :

Rt=S

Tmax [Kgf/cm2] (25)

Tmax : leffort maximal de traction

S : surface de lprouvette sur laquelle est applique leffort de traction qui produit la dcohsion

des chantillons de la roche.

La rsistance la traction des chantillons na pu tre dtermine au laboratoire par

manque dappareil de mesure.

Nous avons utilis la relation empirique entre la rsistance la compression et la

traction donne dans la littrature.

Rt=N

RC ; avec N = 10. (26)

Les rsultats du calcul sont donns dans le tableau III.2.

N Echantillon Rsistance

Rt(Kg/cm2)

1 (gradin 2)

2 (gradin 5)

125,8

107

Tableau III.2. Rsistance la traction du calcaire

III.2.3. Cohsion et angle de frottement interne dun chantillon

Pour dterminer la cohsion et langle de frottement interne des chantillons, nous avons

utilis les deux relations suivantes :

Cech=2

3.2

.

ttc

tc

RRR

RR

(27)

ech = arcsin

tc

tc

RR

RR

2

4 (28)

Les valeurs obtenues de (Cech) et (ech) sont indiques dans le tableau III.3.

37


47/84


N Echantillon 1 (gradin 2) 2 (gradin 5)

Cech

(Kgf/cm

2

)

237,7 202,2

ech 48,59 48,59

Tableau III.3. Valeurs obtenues de (Cech) et (ech)

III.2.4. Fissuration des roches

La fissuration du massif rocheux influe sur les proprits mcaniques du massif et sur la

stabilit des talus. Cest le facteur le plus important qui caractrise les roches et les sols. Elle

permet de choisir la mthode dexploitation, de rsoudre le problme de la stabilit des bords de

la carrire, du talus

La fissurit est gale la distance moyenne entre les fissures :

ID =n

L (29)

L : longueur de la partie tudie du massif (en m)

n : nombre de fissures sur la partie mesure.

Le tableau III.4. donne la classification des discontinuits selon les valeurs de ID .

Classe Intervalle moyen entre

discontinuits

ID (cm)

Densit des discontinuits

ID 1 > 200 Trs faible

ID 2 60 200 Faible

ID 3 20 60 Moyenne

ID 4 6 20 Forte

ID 5 < 6 Trs forte

Tableau III.4. Classification des discontinuits selon ID

Nous avons effectu des mesures de la fissuration sur les gradins 2 et 5. Nous avons

utilis un cadre carr de 1 m de cots (Photo annexe III). Le nombre moyen de fissure sur la

longueur de 1 m est de 7 environ ce qui donne une valeur de ID = 0,14 m (14 cm). Daprs le

tableau III.4. On peut dire que la densit de la fissuration dans la carrire du Djebel Medjounsest forte.

38


48/84


III.3. DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DU MASSIF

ROCHEUX

Soit Cmet m la cohsion et langle de frottement interne des roches se trouvant dans le

massif rocheux.

Pour dterminer les proprits mcaniques Cmet m du massif rocheux, il est ncessaire de

tenir compte de plusieurs paramtres correctifs qui sont principalement :

Le coefficient daffaiblissement structural du massif rocheux . Le coefficient de diminution de la valeur de langle de frottement interne .Les valeurs de Cmet msont dtermines par les formules suivantes :

Cm= .Cech (30)

m= .ech (31)

Cmet m : cohsion en kg/cm2et angle de frottement interne en degr du massif ;

Cechet ech : cohsion en kg/cm2et angle de frottement interne en degr de lchantillon ;

et : coefficients correctifs (sans units).

III.3.1. Coefficient daffaiblissement structural du massif rocheux

Le coefficient daffaiblissement structural du massif rocheux () est calcul en utilisant la

formule :

=

h

Ha ln.1

1

+

(32)

a : coefficient dpendant de la rsistance des roches et du caractre de fissuration.

H : la hauteur moyenne du gradin (m).

h : la distance moyenne entre les fissures (m).

Les valeurs du coefficient a en fonction de la cohsion sont donnes dans le tableau III.5.

A 0 0.5 2 3 4 7 10

C

(kg/cm2)

0-1.5 1.5-9 10-30 50-80 100-200 200-300 > 300

Tableau III.5. Coefficient a en fonction de la cohsion C

39


49/84


Les valeurs du coefficient daffaiblissement structural du massif trouves pour les deux

gradins sont donnes dans le tableau III.6., en tenant compte des paramtres suivants :

a = 10 (Cech> 300 kg/cm2) H = 15 m (hauteur des gradins 2 et 5) h = 0,14 m (voir paragraphe III.2.4)

Gradin 2 5

0,021 0,021

Tableau III.6. Valeurs du coefficient daffaiblissement structural pour les deux gradins

III.3.2. Le coefficient de diminution de la valeur de langle de frottement interne

Gnralement, la valeur du coefficient de diminution de la valeur de langle de frottement

interne est prise gale 0,8. ( = 0,8).

III.3.3. Dtermination de la cohsion du massif rocheux

La cohsion de la formation rocheuse dans le massif est donne par la relation suivante :

Cm= .Cech (33)

Cech: cohsion de lchantillon en kPa

. : coefficient daffaiblissement structural

Les valeurs de la cohsion du massif rocheux calcules sont donnes dans le tableau III.6.

III.3.4. Dtermination de langle de frottement interne du massif rocheux

Langle de frottement interne du massif rocheux est donn par la relation :

m= .ech (34)

ech: angle de frottement interne de lchantillon en degr ;

: coefficient de diminution de la valeur de langle de frottement interne (0,8).

Les valeurs de langle de frottement interne du massif rocheux calcules sont donnes

dans le tableau III.7.

40


50/84


Massifs rocheux Gradin 2 Gradin 5

Cm(Kgf/cm2) 4,99 4,24

m() 38,87 38,87

Tableau III.7. Cohsion Cm et angle de frottement interne mdes roches dans le massif rocheux

des gradins 2 et 5.

III.4. CALCUL DE LA STABILITE DES TALUS DE LA CARRIERE DE AIN EL KEBIRA

III.4.1. Mthode de calcul

Pour le calcul du coefficient de scurit, nous avons utilis les mthodes de FELLENIUS

et de BISHOP simplifi. Le coefficient de scurit Fsest donn par les formules suivantes :

Fs=

=

=

+

m

n

m

n

m

1

nn

1

nn

n

nm

sinW

tgcosWcos

bc

FELLENIUS (35)

Fs=

( )

=

=

+

m

n

m

n

mn

m

b

1

nn

1

nm

sinW

tgWc

BISHOP simplifi (36)

avec m= cosn [1 +s

n

F

tgtg m ]

cm: cohsion du massif rocheux ;

bn: largeur de la tranche ;Wn : poids de la tranche ;m: angle de frottement interne du massif rocheux ;

n : inclinaison de la tranche.

41


51/84


III.4.2. Calcul du coefficient de scurit

Le calcul de la stabilit des talus a t ralis sur les deux gradins 2 et 5. Pour le calcul du

coefficient de scurit en utilisant les deux mthodes de Fellenius et de Bishop, nous avons utilis

les donnes physico-mcaniques du massif rocheux suivantes :

= 25 kN/m3(poids volumique du calcaire de la carrire dtermin par GmbH, 1973)

Cm= 499 kN/m2pour le gradin 2 et 424 kN/m

2pour le gradin 5.

m= 38,87.

H = 15 m.

= 85.

Nous avons aussi dtermin le quadrillage des centres de cercle de rupture. Lesparamtres du quadrillage sont regroups dans le tableau III.8. (voir aussi figure III.1).

X0 Y0 Nombre de

lignes

Y (m) Nombre de

colonnes

X (m)

- 3 1 6 3 5 5

Tableau III.8. Paramtres du quadrillage pour le calcul de Fs

X

Nombre de

lignesY

X0 , Y0

Nombre de

colonnes

Figure III.1. Elments du quadrillage pour la dtermination du cercle de rupture pour lesgradins 2 et 5

42


52/84


Le calcul du coefficient de scurit a t ralis en utilisant une application sur EXCELL

qui permet de dterminer Fs en utilisant les mthodes de BISHOP et de FELLENIUS. Il suffitdintroduire les paramtres physico-mcaniques du massif rocheux et des coordonnes X, Y et le

rayon du cercle R ainsi que les paramtres gomtriques du gradin : hauteur du gradin et angle detalus. Un exemple dune feuille de calcul est reprsent en Annexe IV. Les rsultats de calcul

pour les deux gradins sont donns dans les tableaux III.9. et III.10.

Les valeurs extrmes du coefficient de scurit obtenues pour les 2 gradins sont commesuit :

Gradin n2

3.90 < Fs< 6.85 Bishop

6.62 < Fs< 12.72 Fellenius

Gradin n5

3.46 < Fs< 6.11 Bishop5.76 < Fs< 10.86 Fellenius

Daprs les rsultats obtenus, on remarque que le coefficient de scurit est relativement

lev pour les deux gradins. Les gradins de la carrire sont donc trs stables.

43


53/84


X (m) Y (m) R (m) FsBISHOP

FsFELL


FsFELL

- 3- 8- 13

- 18

- 23- 3- 8

- 13-18

- 23- 3

- 8- 13- 18

- 23

111

1

144

44

47

777

7

161720

23

271920

2225

2922

232528

31

5.234.333.90

4

4.075.544.55

4.204.14

3.985.89

4.814.344.02

4.04

10.869.7010

11.14

12.728.217.32

7.418.04

8.318.24

7.1776.90

7.48

- 3- 8- 13

- 18

- 23- 3- 8

- 13- 18

- 23- 3

- 8- 13- 18

- 23

101010

1010

1313

1313

1316

161616

16

252628

3033

2829

3033

3531

3233

35

38

6.185.064.44

4.284.18

6.555.36

4.864.32

4.406.85

5.635.04

4.59

4.29

8.307.206.72

6.97.17

8.637.43

7.096.62

7.178.87

7.647.15

6.78

6.64

Tableau III.9. Valeur de Fspour le gradin n2


FsFELL


FsFELL

- 3- 8

- 13- 18

- 23- 3

- 8- 13

- 18- 23

- 3- 8

- 13

- 18- 23

11

11

1

444

44

7

77

77

1617

2023

27

192022

2529

22

2325

2831

4.663.84

3.46

3.533.60

4.934.043.72

3.653.52

5.25

4.273.84

3.563.57

9.438.38

8.60

9.5410.86

7.206.386.41

6.91

7.137.24

6.276.08

5.976.44

- 3

- 8- 13

- 18- 23

- 3- 8- 13

- 18

- 23- 3

- 8- 13

- 18- 23

10

1010

1010

1313

1313

1316

1616

16

16

25

2628

3033

2829

3033

3531

3233

35

38

5.51

4.503.94

3.793.7

5.834.77

4.303.83

3.896.11

5.01

4.474.06

3.80

7.31

6.315.86

5.98

6.197.616.52

6.195.76

6.207.82

6.71

6.255.90

5.76

Tableau III.10. Valeur de Fspour le gradin n5

44


54/84


III.4.3. Influence de la hauteur du gradin (H) sur le coefficient de scurit (Fs)

Pour ltude de linfluence de la hauteur du gradin sur le coefficient de scurit (Fs), nous

avons fix tous les autres paramtres, et fait varier uniquement la hauteur du gradin de 5 m 30

m, par pas de 5 m. les rsultats du calcul du coefficient (Fs) en fonction de la hauteur du gradin(H), sont donns dans les tableaux III.11 III.15.

Gradin Hauteur du

gradin (m)


FsFELLENIUS

2 5

1015

20

25

30

- 13

- 13- 13

- 13

- 13

- 18

7

77

7

7

7

15.5

17.522

27

32

38

28.42

11.527.68

6.33

5.97

5.01

47.75

17.02

10.558.40

7.63

6.58

5 5

10

1520

2530

- 13

- 13

- 13- 13

- 13- 18

7

7

77

77

15.5

17.5

2227

3238

24.30

9.97

6.755.64

5.374.53

40.6914.62

9.177.39

6.775.85

Tableau III.11. Variation de Fsen fonction de la hauteur du gradin H pour = 45

Gradin Hauteur du

gradin (m)


FsFELLENIUS

2 510

1520

2530

- 13- 13

- 13- 13

- 13- 18

77

77

77

15.518

2227

3238

25.5110.18

6.675.37

4.874.47

44.6615.94

9.757.54

6.716.01

5 510

1520

25

30

- 13- 13

- 13- 13

- 13

- 18

77

7

77

7

15.518

22

2732

38

21.828.81

5.85

4.784.38

4.06

38.0513.68

8.46

6.675.93

5.36

Tableau III.12.Variation de Fsen fonction de la hauteur du gradin H pour = 55

45


55/84


Gradin Hauteur du

gradin (m)


FsFELLENIUS

2 510

1520

2530

- 13- 13

- 13- 13

- 13- 13

77

77

77

1619

2327

3237

20.208.03

5.584.70

4.12

3.82

36.3613.10

8.816.85

5.85

5.35

5 5

1015

20

2530

- 13

- 13- 13

- 13

- 13- 13

7

77

7

77

16

1923

27

3237

17.30

7.034.91

4.18

3.713.47

30.99

11.267.39

6

5.174.75


Gradin Hauteur du

gradin (m)


FsFELLENIUS

2 5

101520

2530

- 13

- 13- 13- 13

- 13- 13

7

777

77

16.8

202428

3338

13.18

6.634.794.05

3.563.28

24.08

10.997.486.08

5.224.69

5 5

1015

2025

30

- 13

- 13- 13

- 13- 13

- 13

7

77

77

7

16.8

2024

2833

38

11.34

5.794.23

3.623.22

2.99

20.55

9.456.49

5.324.61

4.17


46


56/84


Gradin Hauteur du

gradin (m)


FsFELLENIUS

2 5

1015

2025

30

- 13

- 13- 13

- 13- 13

- 13

7

77

77

7

17.5

2125

2934

39

9.99

5.664.21

3.56

3.162.88

18.34

9.636.73

5.44

4.724.24

5 5

10

1520

2530

- 13

- 13

- 13- 13

- 13- 13

7

7

77

77

17.5

21

2529

3439

8.62

4.96

3.733.19

2.862.63

15.67

8.30

5.854.77

4.173.77


0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

Hauteur du gradin (H)

Coeff

icientdescurit(Fs)

Gradin 2 Bishop Gradin 2 Fellenius Gradin 5 Bishop Gradin 5 Fellenius

Figure III.2. Variation du coefficientFsen fonction de H pour = 45

47


57/84


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25 30 35


Coefficientdescurit(Fs)



0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35





48


58/84


0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35





0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 25 30 35





49


59/84


III.4.5. Influence de langle du talus sur le coefficient de scurit (Fs)

Dans ce cas, on fait varier langle du talus () de 45 85 avec un pas de 10, les autres

paramtres restant invariants. Les rsultats obtenus pour le coefficient de scurit sont regroups

dans les tableaux III.16 III.21.

Gradin Angle du

talus


FsFELLENIUS

2 45

5565

7585

- 13

- 13- 13

- 13- 13

7

77

77

15

15.516

16.817.5

27.67

24.7920.20

13.1810.30

46.17

43.0836.36

24.0819.10

5 4555

6575

85

- 13- 13

- 13- 13

- 13

77

77

7

1515.5

1616.8

17.5

23.6721.20

17.3011.34

8.89

39.3536.69

30.9920.55

16.32

Tableau III.16. Variation de Fsen fonction de langle du talus pour H = 5 m

Gradin Angle du

talus


FsFELLENIUS

2 45

5565

7585

- 13

- 13- 13

- 13- 13

7

77

77

17.5

1819

2021

11.52

10.188.09

6.635.66

17.02

15.9413.10

10.999.63

5 5

1015

2025

- 13

- 13- 13

- 13- 13

7

77

77

17.5

1819

2021

9.97

8.817.03

5.794.96

14.62

13.6811.26

9.458.30


50


60/84


Gradin Angle du

talus


FsFELLENIUS

2 4555

6575

85

- 13- 13

- 13- 13

- 13

77

77

7

2222

2324

25

7.626.67

5.534.79

4.21

10.409.75

8.367.48

6.73

5 4555

65

7585

- 13- 13

- 13

- 13- 13

77

7

77

2222

23

2425

6.705.85

4.87

4.233.73

9.058.46

7.26

6.495.85


Gradin Angle du

talus

X (m) Y (m) R (m) Fs

BISHOP

Fs

FELLENIUS2 45

5565

7585

- 13

- 13- 13

- 13- 13

7

77

77

28

2727.5

28.529.5

6.33

5.344.57

3.983.54

8.40

7.436.64

65.5

5 45

5565

7585

- 13

- 13- 13

- 13- 13

7

77

77

28

2727.5

28.529.5

5.64

4.764.08

3.563.18

7.39

6.525.82

5.264.82


51


61/84


Gradin Angle dutalus


FsFELLENIUS

2 4555

6575

85

- 13- 13

- 13- 13

- 13

107

77

7

3732

3233

34

5.854.87

4.123.56

3.16

7.326.71

5.855.22

4.72

5 4555

6575

85

- 13- 13

- 13- 13

- 13

107

77

7

3732

3233

34

5.284.38

3.713.22

2.86

6.525.93

5.174.61

4.17


Gradin Angle dutalus


FsFELLENIUS

2 4555

6575

85

- 13- 13

- 13- 13

- 13

107

77

7

4238

3737.5

38.5

5.664.47

3.813.33

2.93

6.936.01

5.344.85

4.32

5 45

5565

7585

- 13

- 13- 13

- 13

- 13

10

77

7

7

42

3837

37.5

38.5

5.14

4.063.46

3.03

2.68

6.21

5.364.75

4.31

3.84


52


62/84


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Angle du talus alpha



Figure III.7. Variation du coefficientFsen fonction de pour H = 5 m

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90





53


63/84


0

2

4

6

8

10

12

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90





0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90





54


64/84


0

1

2

3

4

5

6

7

8

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90





0

1

2

3

4

5

6

7

8

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90


Coe

fficientdescurit(Fs)



55


65/84


III.4.6. Influence de la cohsion sur le coefficient de scurit (F s)

Dans ce cas, on fixe les paramtres (H, , , ) et on fait varier uniquement la cohsion

de 50 500 KN/m2 avec un pas de 50 KN/m2. On ob

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