CHEBAP Trx Souterrains 3 Classification Terrains

METHODES DE CLASSIFICATION DES

TERRAINS ET UTILISATION

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TERRAINS ET UTILISATION DANS LA CONCEPTION DES

PROJETS

METHODES DE CLASSIFICATION

DES MASSIFS ROCHEUX

Trois méthodes principales :• Classifications AFTES• La classification de BARTON (« Q System »)

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• La classification de BARTON (« Q System »)• La Classification de BIENIAWSKI (RMR)


DES MASSIFS ROCHEUX

• Objectif : évaluer les facteurs nécessaires pour établir un projet d’ouvrage souterrain.

• Moyens : reconnaissances géologiques, géométriques, puis géotechniques des

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géométriques, puis géotechniques des terrains.

• Finalité : définir des zones homogènes pour le dimensionnement du projet.


DES MASSIFS ROCHEUX

• Utilisées essentiellement en études préliminaires (faisabilité, APS).

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• Méthodes simples et rapides


DES MASSIFS ROCHEUX

Exemple de profil géologique avec classes AFTES des terrains

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1. METHODE AFTES

Basée sur les recommandations du

groupe de travail N°1 « caractérisation

des massifs rocheux utile à l’étude et à

6

des massifs rocheux utile à l’étude et à

la réalisation des ouvrages souterrains

(juin 2003)

Paramètres utiles à la description du massif :

1. Conditions géologiques générales2. Conditions hydrogéologiques : charge hydraulique,

perméabilité

3. Discontinuités du massif rocheux : densité de fracturation, orientation, organisation en familles , comportement mécanique

4. Caractéristiques mécaniques des terrains :

7

4. Caractéristiques mécaniques des terrains : Identification, Résistance, Gonflement, Altérabilit é.

5. Les contraintes naturelles6. La déformabilité du massif

1. Conditions géologiques générales

Les études géologiques concernant le projet doivent comprendre :

• carte des affleurements,• carte des formations rencontrées et

phénomènes superficiels (fontis,

8

phénomènes superficiels (fontis, glissements, …)

• description des couches rencontrées (importance du contexte régional)

1. Conditions

géologiques

générales

9

1. Conditions géologiques générales

• Etat d’altération du massif rocheux.

10

2. Conditions hydrogéologiques

• Charge hydraulique

11

2. Conditions hydrogéologiques

• Perméabilité

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3. Discontinuités du massif rocheux

• orientation des discontinuités

13


• RQD

14


• ID

15


• organisation en familles : – nombre de familles

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• organisation en familles : – espacement des discontinuités de chaque famille

17


• comportement mécanique des discontinuités

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4. Caractéristiques mécaniques des roches

• indice de continuité de la roche : calcul de la vitesse théorique V p* de propagation des ondes

19


• Identification : indice de continuité de la roche (à partir des vitesses de propagation des ondes : théorique Vp* en fonction de la minéralogie et mesuré sur échantillon Vp)

20


• Résistance de la roche

21


Résistance de la roche (autre classification issue de la recommandation du GT7

22

du GT7 « soutènement et revêtement)


• Gonflement : rechercher la présence de minéraux gonflants (argiles, hydroxydes, sulfates, anhydrite …).

• Altérabilité : rechercher la présence de

23

• Altérabilité : rechercher la présence de minéraux sensibles :• à l’eau (feldspaths, micas, gypse), • au gel, • aux variations de contraintes(essais spécifiques à réaliser)

5. Contraintes naturelles

• Profondeur de l’excavation : caractérisée par le rapport entre la résistance σσσσc et la contrainte initiale σσσσ°(↔↔↔↔ rester dans le domaine élastique ou non)

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6. Déformabilité du massif

Attention à bien distinguer les paramètres du massif (échelle décamétrique) ….

• Classe DM : modules de déformation déterminés à partir d’essais en place pour tenir compte de l’influence de la fracturation

25

6. Déformabilité du massif

… des paramètres de la matrice (échelle décimétrique)

• Classe DE : modules de déformation

26

de déformation déterminés à partir d’essais sur échantillons

Utilisation de cette classification AFTES

dans le choix d’un soutènement (GT7,

juillet 1982)

• Critères à prendre en considération pour orienter le choix d’un type de soutènement

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orienter le choix d’un type de soutènementMAIS• Ne permet pas le dimensionnement de ce

soutènement

Utilisation de la classification AFTES pour

le choix d’un soutènement

Différents tableaux correspondants aux différents critères importants, et précisant si tel type de soutènement est plus ou moins bien adapté vis-à-vis de ce critère

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+ superposition des critères

Critère : Comportement mécanique

29

Critère : Discontinuités

Explosif avec pré découpage

30


Explosif sans pré découpage

31


Excavation mécanique (hors explosif)

32

Critère : Altérabilité – gonflement

33

Critère : Hydrogéologie

34

Critère : Couverture

35

Critère : Dimensions de la galerie et

environnement

36

Exemple 1 : tunnel de 12 m de diamètre dans des

schistes fracturés sous forte couverture (σσσσc σσσσo < 2) et hors d’eau

37

Conclusion : boulons à ancrage ponctuel ou réparti avec grillage ou béton projeté + cintres coulissant s

Exemple 2 : tunnel de 6m de diamètre dans des argiles

gypseuses sous 10 m de couverture dont 8 m sous la nappe et en

agglomération

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Conclusion : soit cintres lourds actifs + blindage, soit plaques métalliques assemblées + enfilage, soi t voussoirs préfabriqués mis en place dans un bouclier

Exemple 3 : tunnel de 11 m de diamètre dans les argiles

plastiques sous 50 m de couverture ; pas de nappe ; milieu urbain

39

PARIS – A86 Ouest

PROFIL GEOLOGIQUE

40

SOCATOP

1. Argile Plastique : Rc = 0,5 MPa2. Pas de discontinuité3. Risque de gonflement4. Hydrologie : perméabilité très faible (k<10 -8

m/s)

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m/s)5. Couverture : 50 m6. Dimension : 11 m de diamètre

SOCATOP

1. Argile Plastique : Rc = 0,5 MPa R6a (ou R5a)2. Pas de discontinuité : sans objet3. Risque de gonflement4. Hydrologie : perméabilité très faible (k<10 -8

m/s) : K1

42

m/s) : K15. Couverture : 50 m : σσσσo = 20*50 = 1 MPa :

modérée6. Dimensions : 11 m de diamètre

43

R6aSans Objet

GonflementK1Modérée11m

X X

X

xX X

X

xxx

X

XX

x

x

X

Xx x

xX xx

SOCATOP

TUNNEL CIRCULAIRE REALISE AU TUNNELIER AVEC VOUSSOIR BETON

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COMMENTAIRES sur méthode

AFTES

• Pas de dimensionnement du soutènement• Orientation pour le choix du type de

soutènement

45

• En milieu rocheux : importance de la fracturation relativement limitée

2. Classification de BARTON

(Q system)

.....

FRS

J

J

J

J

RQDQ w

a

r

n

=

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Classification de BARTON

(Q system)

• RQD/Jn : caractérise la taille des blocs rocheux

• Jr/Ja : caractérise la résistance au cisaillement entre blocsJ /SRF : Contrainte / force active

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• Jw/SRF : Contrainte / force active

• SPAN : largeur, diamètre ou hauteur• ESR : coefficient correcteur de dimension

– SPAN/ESR = diamètre équivalent

Classification de BARTON

(Q system)

• Importance du terme RQD :– Attention au travers de la mesure (qualité du

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

48

Classification

de BARTON

(Q system) :

RQD

49

Classification

de BARTON

(Q system) :

Jr

50

Classification

de BARTON

(Q system) :

Ja

51

Classification

de BARTON

(Q system) :

Ja

et

52

et

Jw

Classification

de BARTON

(Q system) :

SRF : Stress

Reduction Factor

(état tectonique du

massif)

53

massif)

Classification de BARTON (Q system) : SRF

54

Classification de BARTON (Q system) : ESR (Equivalent

Support Ratio=

55

Classification de BARTON (Q system) :

Choix des soutènements

56

Classification de BARTON (Q system) :

Choix du soutènement

Exemple classe 21

57

Classification de BARTON (Q system) : Choix du soutènement

Autre présentation (plus synthétique)

58

Commentaires sur méthode de

Barton :

- basée sur plus de 200 cavités existantes

(Europe et Scandinavie),

- essentiellement en terrain rocheux,

- recommandations pour le choix du

59

- recommandations pour le choix du

soutènement à utiliser avec prudence

(aboutit souvent à un

surdimensionnement)

3. Classification de Bieniawski

(RMR)

Rock Mass Rating

60

Classification de BIENIAWSKI

(RMR) : 5 Critères principaux

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

61

discontinuités : stratification, schistosité, fractures, diaclases)

• Nature des joints• Venues d’eau

Classification de BIENIAWSKI

• Chaque paramètre reçoit une note• RMR = somme des notes• Ajustement pour tenir compte de l’orientation

62

• Ajustement pour tenir compte de l’orientation de la fracturation

• 5 classes (roche très mauvaise pour RMR<20 à très bonne roche pour RMR>80)

Attribution des notes

63

Attribution des notes (suite)

64

Attribution des notes (suite)

65

• Attribution des notes (suite)• Classification• Caractéristiques moyennes des massifs

66

Classification de Bienawski :

choix du type de soutènement

67

4. Classifications AFTES, RMR et Barton : Exercice

• Tunnel de Bocognano (Corse) – diamètre 10.5 m– Granite altéré– Poids volumique : γγγγ = 24,8 kN:m3– Vitesse des ondes longitudinales Vp = 2500 m/s– Résistance en compression Rc = 10 MPa– Couverture / clé de voûte = 50 m– Module de déformation de la matrice E = 3700 MPa– Module de déformation du Massif Em = 1000 MPa– RQD = 20%

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– RQD = 20%– Nombre de familles de discontinuité : 2– Discontinuité diffuse : Oui– Joints rugueux et altérés– Espacement : 30 cm– Orientation : angle de 20°entre le pendage et l’axe d’avancement– Pendage de 45°– Massif très altéré– Charge hydraulique : 30 m ; perméabilité : 5.10 -6 m/s

Classifications : Exercice

• Classe AFTES :– Identification (classe IC)– Caractéristiques mécaniques (classe RC) – Contraintes naturelles (classe CN)– Déformabilité (classes DE et DM)– Discontinuité du massif (classes RQD, N, ES, OR)– Altération du massif (classe AM)

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– Altération du massif (classe AM)– Conditions hydrogéologiques (classe H et K)

• RMR (Bieniawski) :

• Nombre Q (Barton)


• Classe AFTES :Tunnel de Bocognano Granite altéré

Caractéristiques mécaniques

RC5 Résistance faible

IC4 Continuité faible

Contrainte naturelles CN1 Etat de contraintes naturel les faible

Déformabilité DE4 Matrice moyennement raide

70

Déformabilité DE4 Matrice moyennement raide

Discontinuité du massif

RQD5 Densité de fracturation très forte

N3bDeux familles principales et des discontinuités diffuses

ES3 Discontinuités moyennement espacées

OR2

Etat d'altération AM4 Rocher très altéré

Conditions hydrogéologiques H3 Charge forte

K3 Perméabilité forte

Classifications : Exercice RMR (Bieniawski) :

Valeurs des Paramètres Coefficient (note)Résistance Rc (MPa) 10 Résistance Rc (MPa) 2

RQDRQD (%)

20 RQD R 3

Espacement des joints E (cm) 30 Espacement des joints E 10

Nature des joints Ji 10 Nature des joints Ji 10

Venues d'eau Venues d'eau 4

Charge/radier H (m) 30

Perméabilité K (m/s) 5.00E-06Ajustement orientation des

-5Perméabilité K (m/s) 5.00E-06Ajustement orientation des joints

-5

Débit sur 10 m de longueur

(l/min) 100

Rapport pression eau / σ° 0.2

Hydrogéologie

Conditions généralespression modérée

Note finale RMR 24

Note 4 Classe de rocher IV

Orientation des joints Moyen

Note -5 Descriptionrocher

médiocre


DETERMINATION DE L'INDICE DE QUALITE Q DU ROCHER ( Méthode de BARTON)

RQD 20 %

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

Rugosité des joints Jr 3

Altération des joints Ja 2

Venue d'eau en forage Jw 0.66

Zone de faiblesse SRF 2

RDQ/Jn 3.3

72

RDQ/Jn 3.3

Jr/Ja 1.5

Jw/SRF 0.33

Q 2Qualité du massif rocheux médiocre

ESR 1

De 10.5

catégorie soutènement 23

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