1METHODES DE CLASSIFICATION DES

TERRAINS ET UTILISATION DANS LA CONCEPTION DES

PROJETS

2METHODES DE CLASSIFICATION DES MASSIFS ROCHEUX

Trois mthodes principales : Classifications AFTES La classification de BARTON ( Q System ) La Classification de BIENIAWSKI (RMR)

3METHODES DE CLASSIFICATION DES MASSIFS ROCHEUX

Objectif : valuer les facteurs ncessaires pour tablir un projet douvrage souterrain.

Moyens : reconnaissances gologiques, gomtriques, puis gotechniques des terrains.

Finalit : dfinir des zones homognes pour le dimensionnement du projet.

4METHODES DE CLASSIFICATION DES MASSIFS ROCHEUX

Utilises essentiellement en tudes prliminaires (faisabilit, APS).

Mthodes simples et rapides

5METHODES DE CLASSIFICATION DES MASSIFS ROCHEUX

Exemple de profil gologique avec classes AFTES des terrains

6METHODES DE CLASSIFICATION DES MASSIFS ROCHEUX

Permet de dfinir des sections de caractristiques similaires

71. METHODE AFTES

Base sur les recommandations du groupe de travail N1 caractrisation des massifs rocheux utile ltude et la ralisation des ouvrages souterrains

(juin 2003)

8Paramtres utiles la description du massif :1. Conditions gologiques gnrales2. Conditions hydrogologiques : charge hydraulique,

permabilit3. Discontinuits du massif rocheux : densit de

fracturation, orientation, organisation en familles, comportement mcanique

4. Caractristiques mcaniques des terrains : Identification, Rsistance, Gonflement, Altrabilit.

5. Les contraintes naturelles6. La dformabilit du massif

91. Conditions gologiques gnrales Les tudes gologiques concernant le projet

doivent comprendre : carte des affleurements, carte des formations rencontres et

phnomnes superficiels (fontis, glissements, )

description des couches rencontres (importance du contexte rgional)

10

1. Conditions gologiques gnrales

11

1. Conditions gologiques gnrales Etat daltration

du massif rocheux.

12

2. Conditions hydrogologiques Charge hydraulique

13

2. Conditions hydrogologiques Permabilit

14

3. Discontinuits du massif rocheux orientation des discontinuits

15

3. Discontinuits du massif rocheux RQD

16

3. Discontinuits du massif rocheux ID

17

3. Discontinuits du massif rocheux organisation en familles :

nombre de familles

18

3. Discontinuits du massif rocheux organisation en familles :

espacement des discontinuits de chaque famille

19

3. Discontinuits du massif rocheux

comportement mcanique des discontinuits

20

4. Caractristiques mcaniques des roches indice de continuit de la roche : calcul de la

vitesse thorique Vp* de propagation des ondes

21

4. Caractristiques mcaniques des roches

Identification : indice de continuit de la roche (partir des vitesses de propagation des ondes : thorique Vp* en fonction de la minralogie et mesur sur chantillon Vp)

22

4. Caractristiques mcaniques des roches Rsistance

de la roche

23

4. Caractristiques mcaniques des roches

Rsistance de la roche (autre classification issue de la recommandation du GT7 soutnement et revtement)

24

4. Caractristiques mcaniques des roches

Gonflement : rechercher la prsence de minraux gonflants (argiles, hydroxydes, sulfates, anhydrite ).

Altrabilit : rechercher la prsence de minraux sensibles : leau (feldspaths, micas, gypse), au gel, aux variations de contraintes(essais spcifiques raliser)

25

5. Contraintes naturelles Profondeur de lexcavation : caractrise par le

rapport entre la rsistance c et la contrainte initiale ( rester dans le domaine lastique ou non)

26

6. Dformabilit du massif Attention bien distinguer les paramtres du

massif (chelle dcamtrique) . Classe DM : modules de dformation dtermins

partir dessais en place pour tenir compte de linfluence de la fracturation

27

6. Dformabilit du massif

des paramtres de la matrice (chelle dcimtrique)

Classe DE : modules de dformation dtermins partir dessais sur chantillons

28

Utilisation de cette classification AFTES dans le choix dun soutnement (GT7,

juillet 1982)

Critres prendre en considration pour orienter le choix dun type de soutnement

MAIS Ne permet pas le dimensionnement de ce

soutnement

29

Utilisation de la classification AFTES pour le choix dun soutnement

Diffrents tableaux correspondants aux diffrents critres importants, et prcisant si tel type de soutnement est plus ou moins bien adapt vis--vis de ce critre

+ superposition des critres

30

Critre : Comportement mcanique

31

Critre : DiscontinuitsExplosif avec pr dcoupage

32

Critre : DiscontinuitsExplosif sans pr dcoupage

33

Critre : DiscontinuitsExcavation mcanique (hors explosif)

34

Critre : Altrabilit gonflement

35

Critre : Hydrogologie

36

Critre : Couverture

37

Critre : Dimensions de la galerie et environnement

38

Exemple 1 : tunnel de 12 m de diamtre dans des schistes fracturs sous forte couverture (c o < 2) et hors deau

Conclusion : boulons ancrage ponctuel ou rparti avec grillage ou bton projet + cintres coulissants

39

Exemple 2 : tunnel de 6m de diamtre dans des argiles gypseuses sous 10 m de couverture dont 8 m sous la nappe et en

agglomration

Conclusion : soit cintres lourds actifs + blindage, soit plaques mtalliques assembles + enfilage, soit voussoirs prfabriqus mis en place dans un bouclier

40

Exemple 3 : tunnel de 11 m de diamtre dans les argiles plastiques sous 50 m de couverture ; pas de nappe ; milieu urbain

41

PARIS A86 OuestPROFIL GEOLOGIQUE

42

SOCATOP

1. Argile Plastique : Rc = 0,4 MPa2. Pas de discontinuit3. Risque de gonflement4. Hydrologie : permabilit trs faible (k

43

SOCATOP

1. Argile Plastique : Rc = 0,4 MPa R6a (ou R5a)2. Pas de discontinuit : sans objet3. Risque de gonflement4. Hydrologie : permabilit trs faible (k

44

R6aSans Objet

GonflementK1Modre11m

X X

X

xX X

X

xxx

X

XX

x

x

X

Xx x

xX xx

45

SOCATOP

TUNNEL CIRCULAIRE REALISE AU TUNNELIER AVEC VOUSSOIR BETON

46

COMMENTAIRES sur mthode AFTES

Pas de dimensionnement du soutnement Orientation pour le choix du type de

soutnement En milieu rocheux : importance de la

fracturation relativement limite

47

2. Classification de BARTON(Q system)

...

..

FRSJ

JJ

JRQDQ w

a

r

n

=

48

Classification de BARTON(Q system)

RQD/Jn : caractrise la taille des blocs rocheux

Jr/Ja : caractrise la rsistance au cisaillement entre blocs

Jw/SRF : Contrainte / force active

SPAN : largeur, diamtre ou hauteur ESR : coefficient correcteur de dimension

SPAN/ESR = diamtre quivalent

49

Classification de BARTON(Q system)

Importance du terme RQD : Attention au travers de la mesure (qualit du

sondage , diamtre de la carotte, orientation du forage, etc)

50

Classification de BARTON (Q system) :

RQD

Description de la fracturation R.Q.D.

Nombre de familles de discontinuits

Jn

51

Classification de BARTON (Q system) :

Jr

Rugosit des discontinuits Jr

Les deux pontes sont en contact

Les deux pontes ne sont pas en contact

52

Classification de BARTON (Q system) :

Ja

Altration de la discontinuit Ja approximatif

Contact entre les deux pontes

Epontes rocheuses restant en contact aprs un lger cisaillement

53

Classification de BARTON (Q system) :

Ja

et

Jw

Altration de la discontinuit Ja approxi

matif

Effet de leau Jw H charge hydro-statique

en m

54

Classification de BARTON (Q system) :SRF :

Stress Reduction

Factor(tat

tectonique du massif)

Facteur de contrainte c/1 t/1 SRF

Ouvrage souterrains rencontrant des zones altres susceptibles

dinduire des instabilits de masses rocheuses lors de lexcavation

Roches comptentes Etat de contrainte

55

Classification de BARTON (Q system) : SRF

Facteur de contrainte c/1 t/1 SRF

Roches poussantes, dformation importantes

Roches gonflantes

56

Classification de BARTON (Q system) : ESR (Equivalent Support Ratio)

57

Classification de BARTON (Q system) : Choix des soutnements

58

Classification de BARTON (Q system) : Choix des soutnements

59

Classification de BARTON (Q system) : Choix des soutnements

60

Classification de BARTON (Q system) : Choix du soutnement

Exemple classe 21

61

Classification de BARTON (Q system) : Choix du soutnementAutre prsentation (plus synthtique)

62

Commentaires sur mthode de Barton : - base sur plus de 200 cavits existantes (Europe et Scandinavie), - essentiellement en terrain rocheux,- recommandations pour le choix du soutnement utiliser avec prudence (aboutit souvent un surdimensionnement)

63

3. Classification de Bieniawski

(RMR)Rock Mass Rating

64

Classification de BIENIAWSKI(RMR) : 5 Critres principaux

Rsistance de la roche (Rc ou essai Franklin) Fracturation : RQD Espacement des joints (tous types de

discontinuits : stratification, schistosit, fractures, diaclases)

Nature des joints Venues deau

65

Classification de BIENIAWSKI

Chaque paramtre reoit une note RMR = somme des notes Ajustement pour tenir compte de lorientation

de la fracturation 5 classes (roche trs mauvaise pour RMR80)

66

Attribution des notes

67

Attribution des notes (suite)

68

Attribution des notes (suite)

69

Attribution des notes (suite) Classification Caractristiques moyennes des massifs

70

Classification de Bienawski :

choix du type de soutnement

71

4. Classifications AFTES, RMR et Barton : Exercice Tunnel de Bocognano (Corse) diamtre 10.5 m

Granite altr Poids volumique : = 24,8 kN:m3 Vitesse des ondes longitudinales Vp = 2500 m/s Rsistance en compression Rc = 10 MPa Couverture / cl de vote = 50 m Module de dformation de la matrice E = 3700 MPa Module de dformation du Massif Em = 1000 MPa RQD = 20% Nombre de familles de discontinuit : 2 Discontinuit diffuse : Oui Joints rugueux et altrs Espacement : 30 cm Orientation : angle de 20entre le pendage et laxe davancement Pendage de 45 Massif trs altr Charge hydraulique : 30 m ; permabilit : 5.10-6 m/s

72

Classifications : Exercice

Classe AFTES : Identification (classe IC) Caractristiques mcaniques (classe RC) Contraintes naturelles (classe CN) Dformabilit (classes DE et DM) Discontinuit du massif (classes RQD, N, ES, OR) Altration du massif (classe AM) Conditions hydrogologiques (classe H et K)

RMR (Bieniawski) :

Nombre Q (Barton)

73

Classifications : Exercice

Classe AFTES :Tunnel de Bocognano Granite altr

Caractristiques mcaniquesRC5 Rsistance faibleIC4 Continuit faible

Contrainte naturelles CN1 Etat de contraintes naturelles faibleDformabilit DE4 Matrice moyennement raide

Discontinuit du massif

RQD5 Densit de fracturation trs forte

N3b Deux familles principales et des discontinuits diffusesES3 Discontinuits moyennement espacesOR2

Etat d'altration AM4 Rocher trs altrConditions hydrogologiques H3 Charge forte

K3 Permabilit forte

Classifications : Exercice RMR (Bieniawski) : Valeurs des Paramtres Coefficient (note)

Rsistance Rc (MPa) 10 Rsistance Rc (MPa) 2RQD RQD (%) 20 RQD R 3Espacement des joints E (cm) 30 Espacement des joints E 10Nature des joints Ji 10 Nature des joints Ji 10Venues d'eau Venues d'eau 4

Charge/radier H (m) 30

Permabilit K (m/s) 5.00E-06 Ajustement orientation des joints -5Dbit sur 10 m de

longueur (l/min) 100Rapport pression eau / 0.2

Hydrogologie

Conditions gnrales pression modre Note finale RMR 24

Note 4 Classe de rocher IVOrientation des joints Moyen

Note -5 Descriptionrocher

mdiocre

75

Classifications : ExerciceDETERMINATION DE L'INDICE DE QUALITE Q DU ROCHER (Mthode de BARTON)

RQD 20 %

Famille de joints Jn 6Deux familles principales et des discontinuits diffuses

Rugosit des joints Jr 3Altration des joints Ja 2Venue d'eau en forage Jw 0.66

Zone de faiblesse SRF 2RDQ/Jn 3.3

Jr/Ja 1.5Jw/SRF 0.33

Q 2Qualit du massif rocheux mdiocre

ESR 1De 10.5

catgorie soutnement 23