Fondations OA Au Rocher

Stra Service d'tudes

sur les transports,

les routes et leurs

amnagements

octobre 2009

Fondations au rocherReconnaissance des massifs rocheux,

conception et dimensionnement des fondations

ditions Stra

Guide technique

Fondations au rocherReconnaissance des massifs rocheux,

conception et dimensionnement des fondations

Fondations au rocher

Ce document a t rdig par :V.Darras(Stra)J-L.Durville(LcpcpuisCetedeLyon)B.Gaudin(Egis)G.Haiun(Stra)J-F.Jezequel(LrpcStBrieuc)D.Lefaucheur(Stra)C.Maurel(StrapuisLrep)M.Rat(LcpcpuisCgpc)J.Renault(StrapuisLrep)J.Restituito(LrpcClermont-Ferrand)L.Rochet(LrpcdeLyonpuisR&RConsultant)D.Virely(LrpcToulouse)

Sommaire

Avant-propos 6

Chapitre 1 - Objet du document - Domaine dapplication 7

Chapitre - Spcificits du milieu rocheux 9

.1 - Mcanique des roches - Mcanique des sols 10

. - Les dfauts du massif rocheux 10

.3 - Effet dchelle 112.3.1-Effetsurladispersion 112.3.2-Effetsurlavaleurmoyenne 12

.4 - Modlisation 1

Chapitre 3 - La reconnaissance des massifs rocheux 13

3.1 - Organisation 143.1.1-Objectif 143.1.2-Intervenants 143.1.3-Coordinationentrelareconnaissanceetlestudesdelouvrage 143.1.4-Principauxlmentsfournirauchargdtudespourlareconnaissance 15

3. - La reconnaissance gnrale 163.2.1-Phaseprliminaire 163.2.2-Lareconnaissancegnraleproprementdite 17

3.3 - La reconnaissance dtaille 63.3.1- Lesmthodesdereconnaissance 273.3.2-Lerapportfinal 29

Chapitre 4 - Principes de conception 31

4.1 - Principes gnraux 3

4. - Principaux cas de fondations au rocher 34.2.1-Ouvragesdegrandeportesurmassifrocheuxaffleurantousub-affleurant,avecproximitdunversant 334.2.2-Fondationsurunniveaurocheuxsitusousunezonesuperficielleinstable 344.2.3-Fondationensiteaquatiqueetsurmassifrocheuxaffleurant,oufondationsurmassifrocheuxsitusousunecouchedesolsdefaiblescaractristiques 35

4.3 - Problmes de ralisation 364.3.1-Pistes,plates-formes 364.3.2-Emploidesexplosifs 37

3

4 Fondations au rocher

4.4 - Typologie des fondations au rocher 384.4.1-Fondationsuperficielle 384.4.2-Fondationsmassives(ousemi-profondes)surpuitsunique 394.4.3-Fondationssurpieuxoupuitsmultiplesdegrosdiamtre 404.4.4-Fondations(superficielles)reposantsurunmassifrocheuxrenforcparancragespassifs,micropieux,etc. 424.4.5-Utilisationdesancragesprcontraints 434.4.6-Quelquesprincipesgnrauxdeconception 44

4.5 - Cas particulier des fondations sur site rocheux avec prsence de cavits naturelles (karsts, dissolutions) ou anthropiques (carrires) 464.5.1-Problmatiquedesreconnaissancesetvaluationdurisque 46

Chapitre 5 - Dimensionnement 49

5.1 - Paramtres influant sur la complexit du dimensionnement 51

5. - Diffrents mcanismes de rupture 55.2.1-Lesmcanismesolemassifpeuttrehomognis 525.2.2-Lesmcanismesdiscontinussimples 535.2.3-Lesmcanismesdiscontinuscomplexes 55

5.3 - Choix des caractristiques mcaniques de calcul 575.3.1-Mthodesdhomognisation 575.3.2-Reprsentationdumassifparunmilieudiscontinublocs 63

5.4 - tude dune fondation dans les cas homogniss 655.4.1-Gnralits 655.4.2-Fondationsuperficielle 665.4.3-Fondationsemi-profonde 705.4.4-Fondationprofonde 75

5.5 - tude dune fondation dans les cas discontinus simples 765.5.1-Gnralits 765.5.2-Terrainstratificationhorizontale 775.5.3-Mcanismedeglissementplan 785.5.4-Mcanismedeuxblocs(2D) 805.5.5-Mcanismedeglissementdedidre 81

5.6 - tude dune fondation dans les cas discontinus complexes 815.6.1-Gnralits 815.6.2-Mthodesdecalcul 825.6.3-Exemples 82

Chapitre 6 - Suivi gologique et instrumentation 87

6.1 - Suivi des terrassements par un gologue 886.1.1-Principes 886.1.2-Casdesfondationssuperficielles 896.1.3-Casdesfondationsprofondes 90

6. - Suivi instrumental de louvrage pendant les travaux et en service Exemples 96.2.1-CasdupontsurlElorn 926.2.2-CasduviaducdeMillau 93

Annexes 95

1 - Listes des normes et procdures dessais existantes pour les roches 96

- Quelques spcifications particulires pour les sondages carotts dans le rocher 981-Excutiondessondagescarotts 982-Exploitationdessondagescarotts 98

3 - Reprsentation en diagrammes strographiques : principe, exemple 100

4 - Spcifications pour lutilisation dexplosifs pour les travaux de terrassement de fouilles de fondations douvrages dart 101

5 - Classification Rmr des massifs rocheux de Z.T. Bieniawski 10

6 - Critre de Hoek et Brown et linarisation 104

Rfrences bibliographiques 107

Sommaire 5


Avant-propos

NotaCe guide technique prsente un caractre provisoire refltant ltat actuel des connaissances et le degr encore peu avanc de leur formalisation.

Le Stra sera heureux de recevoir toute remarquepermettantdecomplteretdamliorerlardaction.

LesmthodesspcifiquesdereconnaissanceetdtudesdessitesrocheuxsontenrglegnralemconnuesdesMatresduvreetdeschefsdeprojetsquisouventne prvoient pas suffisamment tt dans le phasagedestudeslinterventiondegologuesspcialistesetdemcaniciensdesroches.Unetellesituationnestpasraredanslamesureoletermerocherestsouventtroprapidementassocibonnersistanceduterraindefondation;ellepeutconduiretoutefoislamiseencausesrieusedupartiadoptpourlesfondationset/oudelimplantationdesappuisdelouvrage,avecdes consquences en termes de cots, un stadedj trop avanc du projet, si ce nest lamise encausedelaconceptionmmedelouvrageoudesonimplantation.

Parailleurs,ilnexistepasenFrancelheureactuellede texte rglementaire ounormatif, voirede guide,traitantdelaconceptionetducalculdesfondationsdouvragesensiterocheux.

Lobjetdeceguideestdoncavanttoutdesensibiliserlesprincipauxintervenantsauxproblmesparticulierspossparlesfondationsaurocheretleursmthodesdtude.Ilprsenteuncaractreprovisoirequireflteltatactueldenosconnaissanceset ledegrencorepeuavancdeleurformalisation,notammentpourcequiconcernelesrglesdedimensionnement.

Cest dailleurs cette dernire situationqui a rendudifficilellaborationdeceguideetqui,probablement,rendrancessaireunemisejouraprsunepriodedepratique.Cestlaraisonpourlaquelleilestdemandauxutilisateursdeceguidedebienvouloirnousfairepart de leurs observations ventuelles et de touteinformationsusceptibledelecomplterutilement.

7

Chapitre 1

Objet du document - Domaine dapplication


Dans le domaine des fondations douvrages darten site rocheux, en labsence de texte caractrerglementaire ou officiel, il est courant que lesspcificitsdesmassifs rocheuxsoientmalprisesencompteetquelesmthodesdtudedelamcaniquedessolssoientutilisesdemanireabusive.

Enparticulier,lefascicule62titreVduCctgcouvrantlecalculdesfondationsdouvragesdartdanslessolsestutilistrssouventpourdesfondationsaurocher,horsdesondomainedapplication.

Leurocode7(EN1997:calculgotechnique)donne,dans sapartie1,des rgles gnrales applicables audimensionnement des fondations. Si les principesgnraux sont parfaitement utilisables pour lesfondationsaurocher,ilnendemeurepasmoinsqueletexteestconuenmajeurepartiepourlesfondationsen terrain meuble et quil ne mentionne quemarginalementlesparticularitsdessitesrocheux.

Deplus,lesmthodesspcifiquesdereconnaissancedessitesrocheuxsontsouventmconnuesdesmatresduvre et des chefs de projet qui ne prvoientpas suffisamment tt dans le phasage des tudeslinterventiondumcaniciendesroches.

Iladoncparuncessairedditerunguidetechniquedontlebutestdesensibiliserlesdiffrentsintervenantsauxproblmesparticulierspossparlesfondationsaurocheretleursmthodesdtude,etcecimmesilaformalisationdespratiquesprouvesenmatiredefondationaurocherestencorepeuavance.

Lobjectifestnotammentdeprciserlesspcificits:delareconnaissanceenmilieurocheux(intervention

despcialistesgologuestrsenamontet intgrslaconception);des mthodes d'tude de fondations en milieu

rocheux (milieu de rsistance leve, influence del'aspect structural et de l'effet d'chelle, rle desdiscontinuits).

Ceguidesadressetouslesacteursdelaconstructionenmilieurocheuxpourprendreencomptelinteractionentrelesfondationsetlastructure:lematreduvre,lesbureauxdtudeetlesgotechniciens:lematre d'uvre et les bureaux dtudes, pour

leurprciserlesprincipauxlmentsspcifiquesauxfondationsaurocherpermettantd'estimeretd'orienterjudicieusement les tudes, en termedephasagedesreconnaissances,notammentgologiques;legotechnicien,enchargedestudesdefondations,

pour lui fournir, dans les cas simples, des lmentspourlaconceptionetlecalculdesfondationsensiterocheux.cetgard,cedocumentpourraconstituerun complment (sans le caractre rglementairetoutefois)aufascicule62titreV.Toutefois,comptetenudelacomplexitgologiquedecertainssites,ilnesauraittrequestiondesesubstituerauxspcialistes

demcaniquedesroches:leguidepermetd'identifierles cas plus complexes, pour lesquels il prsente lesmthodesd'tudespossibles,confierunmcaniciendesroches.

Ce guide technique pour les fondations au rochersarticuleautourdesprincipauxpointssuivants,aprsunrappeldesspcificitsdesmilieuxrocheux:lesspcificitsdesreconnaissancesenterrainrocheux

par rapport celles des sols, avec en particulierles diffrences entre les caractristiques mesuressur chantillons et les caractristiques dumassif,limportancedeslevsdeterrain;lescritresdeconceptiondesfondationsenmilieu

rocheuxauxdiffrentsstadesd'unetude,enfonctiondeladfinitiondel'ouvrageetdelaconnaissancedesterrainsdefondations;uneclassificationdesproblmesdefondationensite

rocheux,endistinguantlescassimples,pourlesquelsunemthode de dimensionnement est indique, etlescascomplexesolinterventiondunmcaniciendes roches est ncessaire pour la justification dudimensionnement;lesprincipalesdispositions prvoirpour le suivi

des fondations pendant les travaux et en phased'exploitation.

Enpratique,leprsentdocumentsapplique:auxproblmesdefondation,d'unefaongnrale,

pourlesquelslesmthodesusuellesdelamcaniquedessols,notammentcellesquis'appuientsurl'emploidupressiomtreoudupntromtrestatique(fascicule62titreV)sontinadaptes;aux ouvrages de grande porte avec des piles

de grande hauteur exerant de fortes charges surles fondations. Les contraintes apportes et lesdformationsprvisiblesdoiventtredanstouslescasjustifiescomptetenudelaqualitdumassifrocheuxetdelasensibilitdel'ouvrageauxdformations;auxouvragesplusmodestesquipeuventncessiter

des tudes approfondies compte tenu du site,notammentlorsqu'ils'agitdefondationssurversants,dontlastabilitvis--visdesdiscontinuitsdurocherest tudierdans tous les cas etpeutncessiterunrenforcementspcifique.

Chapitre

Spcificits du milieu rocheux

9


.1 - Mcanique des roches - Mcanique des solsLadistinctionentrerocheetsolreposeessentiellementsur lacohsiondumatriau.Unsablesecetproprenepossdepasde cohsion,une argile ouun sableargileuxpossdeunecohsionapparentequidisparatlorsduneagitationdansleau.Unerochepossdeunecohsionvraie,qui liemcaniquement seslmentsentreeux.Lalimiteentrerocheetsolpeutaussitredfinieconventionnellementparunseuildersistanceencompressionuniaxiale:lesrochessesitueraientau-dessusde1MPaenviron,lessolsendessous.

En fait, un continuum existe entre roche et sol,comme lemontre un profil daltration de granitepar exemple : on passe graduellement de la rochesaineenprofondeurunearnegranitiqueensurface(sableargileux).Lesmatriauxintermdiaires,rochestendres(craie,marnes,etc.)ousolsraides,posentdesproblmesparticulierspourlesquels,dansltatactueldes connaissances, les approches de lamcaniquedessolsetde lamcaniquedesrochessontsouventemployesenparallle.

lchelledelouvrage,lesdiscontinuitsdumassifrocheux jouent un rle fondamental, la foismcaniqueethydraulique;cesontdeslacunesdanslacontinuitdumassif,lieslhistoiregologiquedumassif,depuissaformation(dptdessdimentsourefroidissementdunmagma,parexemple)jusquauxpoquesrcentes(rledesglaciationsetrosionsduQuaternairedansledveloppementetlouverturedediscontinuits,parexemple).Ondistinguelesjointssdimentaires, lesdiaclases, les failles, la schistosit,etc., dont la description constitue une partieimportantedeltudegotechnique.Lesdiscontinuits

ne sont pas distribues au hasard, puisquelles sontlies certains vnements gologiques (les faillessontorientesenfonctiondescontraintesprincipales,etc.);ellesconfrentaumassifuncaractrestructur,souvent anisotrope. Ces discontinuits sont peumarques,voireinexistantes,danslesmassifsdesolsmeubles, en raison de la dformabilit de ceux-ci,qui les oppose aux roches rigides comportementpluttfragile.

Aussi le massif rocheux, considr lchelle delouvrage (dimension dcamtrique au moins),peut-iltreconsidrcommeformdunerocheoumatricerocheuse,traverseparplusieursfamillesdediscontinuits(cf.figure2.1).

. - Les dfauts du massif rocheux Larocheestunmatriaursistant,quignralementneposepasensoideproblmemajeur(exceptcertainscasparticuliers comme les roches solubles).Mais lemassifrocheuxcontienttoujoursdes dfauts quiontpourconsquencedediminuersesperformancesparrapportcellesquelonpourraitestimerpartirdessaisdelaboratoire:discontinuits,prsentesdanstouslesmassifsavec

desdensitsvariables,cavitsdedissolutionkarstique,danslesmassifsde

calcaireoudegypse(cf.figure2.2),zones d'altration localise, en gnral situes au

voisinage de la surface, mais parfois descendantprofondment,en relationavecune faille,unfilon,etc.,htrognitsdiverses.

Figure 2.1 : un massif rocheux Source : Cete de Lyon Figure 2.2 : cavit de dissolution karstique dans la craie (avec remplissage argileux) Source : Lcpc

Spcificits du milieu rocheux 11

Cesdfautsdumassifpossdentdescaractristiquesmcaniques et hydrauliques bien souvent trsdiffrentes de celles de la roche, et donc influentnotablement sur les proprits densemble. Le casdes discontinuits est patent : ce sont, par rapport la roche qui les entoure, des lieux de circulationdeau prfrentielle, de forte dformabilit et detrsfaiblersistancelatractionetaucisaillement;en particulier, les ruptures dumassif se localisentessentiellementlelongdesdiscontinuits.

.3 - Effet dchelleLeschantillonssoumisauxessaisdelaboratoiresontdedimensiondcimtrique,lesessaisin situauscultentun volume qui nest gure suprieur 1m3. Unedesdifficultsmajeuresenmcaniquedesrochesestdestimerlespropritsdumassifrocheuxlchellede louvrage, du fait de lexistence frquente duneffetdchelledlastructuredumassifrocheux(cf.figure2.3).

Figure 2.3 : rapport de dimension entre ouvrage et espacement moyen de discontinuits Source : Lcpc

.3.1 - Effet sur la dispersionDanstoutmilieuhtrogne,ladispersiondesvaleursdunepropritP(modulededformation,vitesseduson, permabilit) est forte lorsque les chantillonstestssontdepetitetaille,dufaitdelaprsencedunnombreplus oumoins granddediscontinuits (oude dfauts); la dispersion diminue lorsque la taillede lchantillon augmente, pour se stabiliser unevaleurmoyenne au-del dun volume qui contient statistiquement un nombre peu prs constantde discontinuits (cf. figure 2.4). Cependant cettestabilisationnestpasassureapriori,ellepeuttremise en dfaut par exemple si plusieurs chelles defracturationsontprsentes.

Enconsquence,lersultatdunpetitnombredessaisdelaboratoirenefournitengnralquuneestimationtrsapprochede lapropritrecherche lchelledelouvrage.

Mesure

Fuseaudedispersion

Dimension

Figure 2.4 : influence de la dimension ausculte sur la dispersion des rsultats de mesure Source : Lcpc


.3. - Effet sur la valeur moyenneDonnonsdeuxexemplesdanslesquelslarsistancesemodifieaveclatailledelchantillontest:larsistanceaucisaillementd'unediscontinuitest

lieauxcaractristiquesdefrottementdumatriauetauxaspritsdespontes(cesaspritsengendrentlephnomnededilatance).Laprsenced'asprits,delongueurd'ondemtriqueparexemple,peutapporterune rsistance in situ supplmentaire par rapport cellemesureenlaboratoiresurchantillonde5ou10cmdelong;du fait de la prsence des discontinuits dans le

massif,onpeutdireschmatiquementquelesgrandsvolumesdemassifsontmoinsrsistantsquelespetitsvolumes.Eneffet,lespremierscontiennentengnralplusdediscontinuitsquelesseconds,etcelles-cisontdessurfacesdefaiblessedumassif;ilpeutsuffired'unediscontinuitmalorientepourquelarsistancedel'ensemblechuteconsidrablement.Ceciestanalogue ce que l'on observe en laboratoire : la rsistanceen compression simple d'une prouvette diminueenmoyenne lorsque la dimension de l'prouvetteaugmente.

En dfinitive, lextrapolation dun rsultat delaboratoire lchelle de louvrage est toujours uneoprationdlicate.

Figure 2.5 : peut-on assimiler la dformabilit du massif fractur celle dun milieu continu lastique isotrope ? Source : Lcpc

E,=?

.4 - ModlisationLecaractrediscontinudesmassifsrocheuxconduit construire desmodles contenant explicitementdesplansdediscontinuitcorrespondantauxfailles,diaclases,etc.,considrscommelespluspertinentsvis--visduproblmepos.Engnral,ltudestructuralemetenvidencequelquesfamillesdediscontinuits,dfinies chacune par leur orientation; la positionprcise (dans lespace) des plans de discontinuittantrarementconnue,onpeutsoitincorporerunedistributionstatistiquementreprsentativedeplans,soitconsidrerlarpartitionlaplusdfavorablepourobtenirundimensionnementductdelascurit.

Toutefois, il est parfois possible de remplacer unmilieudiscontinuparunmilieucontinuquivalent,engnralbienplussimpleexploiter(cf.figure2.5).Onvaluealorsdescaractristiquesglobalesdumassif;celasupposeenparticulierquelespacementmoyendesdiscontinuitssoitpetitdevant ladimensiondelouvrage. La permabilit ou la dformabilit sontsouventestimesdecettefaon,maislanalysedelarupturedesmassifsrocheux,principalementlocaliselelongdesdiscontinuits,seprteplusdifficilementcetteapprochehomognise(cf.chapitre5).

Chapitre 3

La reconnaissance des massifs rocheux

13


3.1 - Organisation3.1.1 - ObjectifLobjectif de la reconnaissance gotechnique est demanire gnrale lameilleure connaissancepossibledesterrainsconcernsparleprojet,notamment:leurscaractristiquesdescriptives(gomtrie,homognit,nature,facis,classification)etleurscaractristiquesmcaniquespropres(rsistanceetdformabilit),ainsiquelensembledesdonneshydrogologiques(niveauxdesnappes,permabilits).

Dans le cas particulier des sites rocheux, ondevra sintresser de plus aux particularits dumassif: frquence et orientation de la fracturation,caractristiquesdesdiscontinuits,prsencedevides,htrognitsdiverses.

La reconnaissance devra galement porter sur lesterrainsconcernsparlesouvragesprovisoiresetsurlesproblmesdexcution(soutnementsprovisoires,pistes daccs, conditions de terrassement dans lecasdes sitesmontagneux,possibilitdebattagedespalplanchesensiteaquatique).

Lobjet du prsent document tant essentiellementde traiterdes fondationsaurocher,ondtailleplusparticulirementdanscequisuitlesmoyensmettreenuvrepourlareconnaissanceenmilieurocheux;pourltudedessolsdecouverture,ilconvientdesereporterauxdocumentsconcernantlareconnaissancedessolsmeubles(1).

Le document dcrit lensemble des mthodesde reconnaissance prconises pour les milieuxrocheux:celles-cinesontpastoutesmisesenuvresystmatiquement, leprogrammede reconnaissancedevratreadaptlimportancedelouvrageetlacomplexitdusite.

3.1. - IntervenantsLes tudes sont confies par le chef de projet uningnieur gotechnicien appel dans ce qui suitcharg dtudes. Il est recommand que celui-cisoit intgr lquipe de projet, ds les premiresphasesdtudeet jusqu lexcutionde louvrage sincessaire.

Le charg dtudes, aid pour certaines tapes parun ou des spcialistes (gologue, hydrogologue,mcaniciendessolsoudesroches...),alaresponsabilitdtablir les programmes dinvestigation, de suivreetdinterprterlesreconnaissances,etderdigerlesrapportsdesynthseetleursconclusions.

(1) Voir liste de rfrences en annexe

Lexcution des sondages, comme de certainesinvestigations spcifiques ou de certains essaisparticuliers, peut tre confie des prestatairesextrieurs.

Desonct,lechefdeprojetfournitauchargdtudeslesmoyenslogistiquesncessairesaubondroulementdecesoprationsdeterrain,etluitransmettouteslesdonnesrelativeslouvragedslespremiresphasesafinquelechargdtudespuisseentenircomptepourtablirleprogrammedereconnaissance.

La teneurdesmissionsconfierauchargdtudesseraconformelanormeNFP94500dfinissantlesmissionsgotechniques.

3.1.3 - Coordination entre la reconnaissance et les tudes de louvrageLareconnaissancegotechniquedoittrecoordonne toutmomentavec lestudes techniquesgnralesdelouvragepourpouvoirprendreencompteleplustt possible toute anomalie gologique qui auraitdes consquences sur limplantation ou le type delouvrage.

Decefait,lareconnaissancedoitsuivrelesdiffrentestapes dtude du projet et tremene demanireprogressive:lespremires investigationsdoivent intresserune

large zone qui s'tend au-del du site strictementrservl'ouvrageetcecid'autantplusquelagologieet/oulatopographiesontplustourmentes;les investigations complmentaires doivent tre

conduites de manire rsoudre les problmesspcifiques, qui le cas chant, ont pu tremis envidencelorsdecespremiresinvestigations.

Lesmoyensmettreenuvredoiventtreadaptsaudegrdavancementdelareconnaissance:ilconvientenpremirephasedeprivilgierlestudesgologiqueset hydrogologiques, laspectmesure des propritsmcaniques des terrains tant plutt rserv auxinvestigationscomplmentaires.

Cetteprogressivitdes reconnaissances estpropre touteslestudesgologiques:ontablitenpremirephaseunmodlegologiquepardesreconnaissancesglobalesmoinsonreuses,puisensecondephaseoncalelemodlepropospardessondagesponctuels,decotpluslevetdereprsentativitpluslimite.

Cettemthodologie,quipermetdemaniregnraleune optimisation conomique des reconnaissances,estdautantplus recommandeen sitemontagneuxo lecotdes sondagesestpluslev,et lemodlegologiqueplusdifficiletablir.

La reconnaissance des massifs rocheux 15

Chaque tape de ltude doit tre conclue par unrapportdesynthsequidcritlesmoyensutiliss,lesrsultatsdesobservationsetlesmesureseffectues.Cerapportdoitcomporterunesynthsedesinformationsrecueilliesdepuislorigine,ainsiquedespropositionspourltapeultrieuredesreconnaissances.

Ilestncessairequelechargdtudessuiveauplusprs les reconnaissances et fournisse lquipe deprojetdesrsultatspartiels,pourpouvoir,encasdedcouvertesdanomaliesgologiques (karsts,venuesdeau,failles)dciderleplusttpossibledemodifieroudadapterleprogrammedereconnaissanceinitial,voiremmededplaceroumodifierlouvrage.

Il appartient au chef de projet dassurer la bonnecirculation des informations ainsi collectes aufur et mesure de lavancement des tudes et desreconnaissances.

Phase de : la reconnaissance selon

NFP 94500 ltude

Objectifs Moyens Rsultats produits

Reconnaissance gnraleselonNFP94500:missionG11+G12+investigationsgotechniques(Ig)

ApsouEpoa

validerlapositiondelouvragedonnerunavissurlapositiondesappuischoisirlestypesdefondationsmettreenvidencelesspcificitsgologiquesdusitepouvantinfluersurlouvrageoulesouvragesannexesfournirdeslmentssuffisantspourestimerleprojetetcomparerungrandnombredesolutions

Phase prliminaire :(missionG11+Igventuellement)collecte/exploitationdesdocumentsexistantsvisitedungologuesurlesitePhase de reconnaissance :(missionG12+Ig) levsgologiques/tudestructuraleetptrographiquegophysiquedesurfacesondagescarottsetdestructifsexploitationdestrousdeforageshydrogologie

Noticeinterprtativeetprogrammedelareconnaissancegnrale

Rapportdesynthseetdfinitiondelacampagnedereconnaissancedtaille

Reconnaissance dtailleselonNFP94500:missionG2+investigationsgotechniques(Ig)projetouPoa/Dce

dimensionnerlesfondationsdelouvragedfinirlesmthodesdexcutiondimensionnerlesouvragesprovisoires lecaschant,fournirdeslmentstechniquesncessaireslaconsultationdesentreprises

Reconnaissances ponctuelles :carottagesgophysiqueessaisenlaboratoireessaisin situhydrogologie

Rapport finalvuesenplan(1/1000eet1/200epourlesappuis)sondages,essais,diagrammesstrosynthse

Phasage des tudes et des reconnaissances en site rocheux

3.1.4 - Principaux lments fournir au charg dtudes pour la reconnaissancebornage et lev topographiquede la zonedtude

- fourniture de fonds topographiques une chelleadapte;autorisations daccs - prparation des accs aux

pointsdesondage:dbroussaillage,crationdepistes,fournituredesupportflottantpoursiteaquatique;donne s gnra l e s re l a t i ve s l ouvrage :

administratives, fonctionnelles, architecturales,denvironnement,dexploitationetconomiques;donnestechniquesrelativeslouvrage:descentes

de charges, mthodes de construction envisages,ouvragesannexes.


3. - La reconnaissance gnraleElle correspond en gnral ltape davancementdu projetde lavant-projet sommaire ou de ltudeprliminairedouvragedart.

Elledoitpermettrede:validerlapositiondelouvrage;donner un avis sur le positionnement des appuis

proposparleprojeteur;choisirleprincipedesfondations;mettreenvidencelesproblmeslislagologie

dusitequipeuventavoiruneincidencedirectesurlestudesultrieuresousurvenirlorsdestravaux,etdontondonneci-dessousunelistenonexhaustive:

les problmes susceptibles de compromettredirectement le projet ou dentraner sa profondemodification:prsencedecavitsdansleterrain(karst,ouvragessouterrainsanciens,tunnelsdelavedanscertainesformationsruptives),instabilitdeversant,prsencedanslemassifrocheuxdediscontinuitsaupendagedfavorable,prsence de zones de roches failles, altres,broyes,risquedechutedeblocssurlespiles,risquesdaffouillement,

lesproblmessusceptiblesdentranerdesdifficultslors de la ralisation douvrages annexes (talus)ou douvrages provisoires (batardeaux, pistes dechantier):terrassement (notamment lintrieur desbatardeaux),tenuedespentesdetalus,tenuedesparoisetasschementdesfouilles,battagedepalplanches,injectiondesterrains,altrationougonflementdesroches,le mouvement des couches superficielles duversant.

La reconnaissancegnraledoitncessairementtreraliseendeuxphases:la phase prliminaire dtude gologique sans

interventionlourdesurleterrainquipermetdedfinirleprogrammedesreconnaissancessurlesite;la phase de reconnaissance proprement dite, o

lon peut galement chelonner les interventions(positionnement des sondages mcaniques aprsanalysedesrsultatsdelagophysiquedesurface)silacomplexitdusiteetlimportancedelareconnaissancelejustifient.

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3..1 - Phase prliminaireElle comprend la collecte et ltude des documentsexistantsainsiquuneoudesvisitessursite.

L intervention dun gologue est ce s tadeindispensable.

Lexploitation des documents existants

Enplusdesdocumentsncessaireslacomprhensiondu projet dans son tat actuel, il convient que lesdocumentssuivantssoientregroupsetcorrectementexploits:lescartestopographiques(etbathymtriques,lecas

chant)dusiteunechelleconvenable(1/1000eparexemple)surlesquellescf.figurentlapositiondel'ouvrage construire et les represdenivellement,dment cots (cotesN.G.F. et/ou cotesmarines),indiqusparlechefdeprojet;les coupes du projet envisages par le chef de

projet;lacartegologique;lesphotographiesariennes;lestudesgotechniquesouautres,effectuesdans

levoisinage;desextraitsdesdossiersd'ouvragesconstruitsdans

levoisinage,notammentdcrivantleurssystmesdefondationsetlesouvragesprovisoiresquiontputreralisslorsdeleurconstruction.

La ou les visites sur le site

Lapremire visite sur site doit tre effectuepar lechargdtudesencompagnieduchefdeprojet.Ellesuffitgnralementmettreenvidencelesdifficultsprincipalesduprojetetorienterjudicieusementlesmthodesmettreenuvrecestade.

La visite du gologue sur le site doit permettre delocaliser les affleurements, didentifier rapidementlanatureptrographiquedesrochesetleurstructure(pendages,directionsstructurales).

Plusieursvisitesdugologuepeuventtrencessairesselon les difficults daccs, l importance desaffleurementsetlacomplexitdesstructuresdusecteurvisit(pluslargequelaseulezoneduprojet).


La notice interprtative

Elledoitfournirauminimum:unecoupegologiquelongitudinale,unecartegologiquesimplifieaveclesaffleurements,

lesdirectionsstructurales(cf.figure3.1),unenoticedcrivantlesterrainsdusite,unpremieravis sur limplantationde louvrageet

lesdifficultsprvisibles,leprogrammedelareconnaissancegnraledduit

de cette analyse en explicitant limplantation et laprofondeurdessondages.

NotaLes chelles des cartes et coupes seront en gnral celles des documents fournis par le chef de projet.

3.. - La reconnaissance gnrale proprement diteEl l e e s t s t ruc tu re pa r deux g r ands t ype sdinvestigations: les levs de terrain raliss par ungologue,et lesreconnaissancesparsondagesetpargophysique.

Lintervention systmatique dun gologue sur leterrain est une des spcificits des reconnaissancespourlesfondationsensiterocheuxquilseraimpratifderespecter.

En rgle gnrale, les oprations de terrain doiventtre surveilles en permanence par une personnecomptente,mandateparlechefdeprojetouparlechargdtudes.Ilestsouhaitablequelesurveillantappose rgulirement son visa sur les feuilles dechantierrempliesparlesoprateurs.

Les levs de terrain

Danslecasdunmassifrocheuxaffleurant,ilconvientdentreprendrerapidementsontudestructuraleetdeprocderquelquesprlvementsenvuedelanalyseptrographiquedelaroche(cf.figure3.2).

Silemassifestsub-affleurant,lacouverturepourratredcapeceteffet(trancheexcutelapelle).

Cesdeuxaspectsserontaffinspartirdesinformationsquiserontrecueilliesparlasuite,notammentpartirdesprlvementsparsondagescarotts.

La nature ptrographique de la rocheIl sagit de dterminer la nature desminraux quicomposentlaroche(prsenceventuelledeminrauxtrsaltrables...)ainsiqueleurtatdaltrationetlastructuredecetteroche(granularit,litage,rpartitionprfrentielledecertainsminraux...).Uneattentionparticulireseraportelaprsenceetladescriptiondesrochestendres(marnes,gypse,craie,etc.).

Lexamenmacroscopiquepeuttreutilementcompltparunexamenenlamesmincesenlaboratoirepartirdeprlvementsdeblocsreprsentatifs.

ce stade, on peut galement effectuer des essaisdidentification (masse volumique(1), porosit(1),vitesseduson(1))etdesessaismcaniques[crasementsur prouvettes(1) ou sur blocs rocheux la presseFranklin(1),essaisdefragmentabilit(1),daltrabilit(1)(leauoxygneouautre)etdedgradabilit(1)(cyclesdimbibitionetdeschage)].

(1) Liste des normes et procdures dessai en Annexe 1

Figure 3.1 : site du viaduc de Ternez : carte gologique simplifieSource : Stra

Figure 3.2 : affleurement de quartzite fractur (viaduc de lAnte)Source - Lcpc


La structure du massif rocheuxLastructuredumassifrocheuxdoittretudiedeuxchellesdiffrentes:lchellergionaleetlchellelocalecorrespondantlouvrage.

lchellergionale,ontudielamorphologieetlescaractristiquesdelaformationgologiqueconcerneparlouvrage(valles,lignesdecrtes,tracdescoursdeau,vgtation,dcoupagedurivagemarin,prsenceprobableouavredecavitssouterraines...)ainsiquele rgime hydraulique (rpartition des points deaunaturelsouartificiels).

Cette tude peut tre utilement faite partir delinterprtationdesphotosariennes (cf.figure3.3)et dun parcours rapide sur le terrain, complte,le cas chant, pardes analyses gomorphologiquesdumodle numrique de terrain (Mnt) avec lesdivers traitements associs (carte de pentes, cartede courbures, etc.), moyens permettant daider legologuedansletravailderechercheetdedtectiondaccidentset/oudanomalies.

lchelle locale,on tudie leshorizonsqui serontsollicits par louvrage lui-mme ainsi que par lesouvragesprovisoires.

On sassure que lematriau rencontr est bien enaccordaveccequelonpeutattendredesconclusionsde ltude rgionale, cest--direque leprojetne sesitue pas sur un accident gologique (faille, cavit,altrationplusmarque,conditionshydrauliquesoufacisparticuliers).

Onprocdeensuite:lexamendelarocheetdesonaltration(examen

visuel,notammentparlacouleur,tatdagrgationdesminraux,rponseauxchocsdumarteau);au relev des discontinuits (quelques dizaines

au moins, direction et pendage, remplissage,morphologie des pontes, etc.) afin den obtenirune reprsentation synoptiquepar unemthodedeprojection strographique; cette reprsentation

CouplestroscopiquedusecteurdeChirac(Lozre)MissionIgnde19771/20000e.Quelques panneaux de la falaise aalno-bajocienne,dcoupepardesaccidentsN.20EetN.150E,fluentsurlesmarnesduToarcienetglissentenpieddepente.

Figure 3.3 : photo arienne Source : Lcpc


permetdtudierlorganisationdecesdiscontinuitsquipeuventtre,soitgroupesenfamilles,soitplusrarementdiffuses(cf.figure3.4).

IlestconseilldeserfrerauxclassesproposesparlAftes (2003) pour la prsentationdes principalescaractristiques.

Les mthodes de reconnaissance

Lechoixdunemthodedereconnaissancedpenddudegrdeconnaissancequelonadusiteceniveaude ltude et de la nature et profondeur probablesdes diffrentes formations susceptibles dintresserlouvrage.

Onrappellequelacouverturedesolmeubledoittretudieparlesmoyensusuelsdelamcaniquedessols(essaisin-situ,prlvementsintactsouremanisenvuedidentificationetdessaismcaniquesenlaboratoire).

Mme si une fondation dans le rocher sous-jacentestprobable,lescaractristiquesmcaniquesdecettecouverture doivent tre correctement apprcies enraison,enparticulier,deleurincidencesurlafaisabilitetledimensionnementdesouvragesprovisoires.

Lesprincipalesmthodesdereconnaissancesont:lessondageslapellelorsquelacouverturemeuble

estpeupaisse,quipermettentd'examinerletoitdurocher,lespuitsdereconnaissance,lesmthodesgophysiques,lessondagesetleurexploitation.

La reconnaissance doit inclure galement s'il y alieu, le suivi des dplacements du versant (represtopographiques,inclinomtres).

SondageSC4Plans,famillesetalertespnalisantesTalus:N45,60NW-angledefrottement30

Figure 3.4 : diagramme stro Source : Lrpc dAix


La gophysique de surfaceLes mthodes de prospection gophysiques (voirGophysiqueapplique:guidedebonnepratique,1992(1))sontbienadapteslareconnaissancegnraledessites,notammentdanslecasdunmassifrocheuxnonaffleurant(ensiteaquatiqueousousunecouchede sols de faibles caractristiques) pour dterminerlpaisseuretlarpartitiondessolssuperficiels,etparsuitelamorphologiedutoitdusubstratum.Demme,cesmthodespermettentdeconnatrelpaisseurdelafrangealtreoutrsfracturedunmassifrocheux,affleurantounon.Cependant,ellesdoiventtoujourstrecalesparunouplusieurssondagesmcaniques.

Acestadedelareconnaissance,lesdeuxmthodeslesplusutilisessontlasismique-rfractionetlaprospectionparcourantlectrique.Lasismiquerfractionatparfoisutilise pour dtecter une interface caractristique(cf.figure3.5).

(1) Voir Rfrences.

LigneboomerOYA5Affleurementdusubstratumrocheuxetcouverturededdimentsmeubles(niveauxdesablesetvases)

Figure 3.5 : exemple dutilisation de la sismique rflexion pour dterminer le toit du rocher sous sdiments meubles et en site aquatique (Guyane, Franchissement de la rivire Oyapock, 2003)

La sismique-rfraction (voir Guide SismiqueRfraction, 2005(2)) consiste mesurer, partir delasurfaceduterrain,letempsdepropagationduneondesismiquedecompressionaprssarfractionsurlesdiffrentsdioptresqueconstituelasuperpositiondescouchesdeterrain.Cettemthodenestopranteque si les couches rencontres sont de compacitcroissante avec la profondeur. Elle sapplique enparticulier ladterminationde linterfaceentre lesolmeubledesurfaceetlesubstratrocheux.Cestunemthodedutilisationcouranteensiteterrestre;elleestgalementutilisableensiteaquatique.

Lesmthodeslectriques,quisontpourlessentielletranlectriqueetlepanneaulectrique,donnentdesplans-coupesdersistivitquifournissentuneimagedes htrognits telles que cavits, filons, zonesfaillesoutrsaltres.Letranlectriquepeuttreutilissousleausaufsicelle-ciprsentedesvariationsrapidesdesalinit(conductivit)commecestlecasdanslembouchuredesfleuves.

(2) Voir Rfrences.


Les sondages carotts et destructifsLes sondages ont pour but principal de confirmeretdevalider lemodlegologique;cestadedelareconnaissancegnrale,leurnombre,leurprofondeuret leur implantationsontplutt lisauxconditionsgologiquesquauxappuisdelouvrage.Cessondagespermettentaussidavoirunepremireidentificationmcaniquedesterrains.

Lessondagessontleplussouventverticaux.Toutefoisonpeutaussiraliserdessondagesobliques,soitpourtremieuxorientparrapportunefamillemajeuredediscontinuits,soitparcequelevolumedeterrainconcernparlafondationetexplorernestaccessiblequelatralement(cf.figure3.6).

Dessondagescarottssonttoujoursncessaires,euxseuls permettant de reconnatre en profondeur lerocherenlabsencedaffleurementetavecleminimum

deremaniement.Ontrouveraenannexe2quelquesspcifications particulires concernant ce type desondagesdanslerocher.

Dans le cas dun recouvrement gnral dumassifrocheuxpardesformationssuperficielles,ilconviendradeprvoirdessondagespntrantsuffisammentdanslerocherpourdtermineravecprcisionlamorphologiedu toit du substratum, et saffranchir derreurspossibles (cas de gros blocs noys dans les terrainsmeublesetisolsdumassif,notamment);lpaisseurdaltrationausommetdusubstratumseragalementvalue.Lagophysiquedesurfaceestdanscecasunbonmoyendedterminerlpaisseurdurecouvrementdunsondagelautre.

Figure 3.6 : reconnaissance par sondages obliques (viaduc de la Ravine Fontaine, La Runion)

Fondations au rocher

Unsondagedequalitdoittreexig,avecuntauxde rcupration suprieur 90%. Lexploitationdunsondagecarottreposeenpremierlieusurunebonnedescriptiondescarottesetdesdiscontinuits.Lescarottessontdcritesparlegologuesurleplanptrographique et quant leur tat de fracturationet daltration; un chantillonnage est pratiqu sincessairepouruneanalyseptrographiqueoupourdesessaisdidentification(massevolumique,porosit,vitesseduson,etc.).Ladescriptiondesdiscontinuitsinclutcelledeleurinclinaisonparrapportausondage( dfaut dune orientation absolue), de la rugositdes surfaces, du remplissage, de ltat daltrationdespontes,etc.Lesprincipauxindicesquantitatifsfournis par ces sondages et utiles pour caractrisermcaniquement le massif rocheux sont le Rqd(Rock Quality Designation), lId (Intervalle deDiscontinuit),laFd(FrquencedeDiscontinuit),valus par portion homogne de sondage (voir lesRecommandations Aftes 2003(1) ainsi que les cf.figures3.7et3.8).

Les sondages destructifs, moins onreux que lessondages carotts, peuvent permettre, dans certainscas, demultiplier les points de calage dumodle, la condition de les talonner avec des sondagescarotts.

Ilssonteffectussoitautrpanrotatifsoitaumarteaufonddetrou.Desmthodesdeforationparticulires(typeO.D.E.X) peuvent savrer ncessaires si lacouverture de sol meuble est constitue par desmatriauxgrossiersbouleux.

Les sondages destructifs doivent tre effectus avecenregistrement des paramtres de foration (mesuredelavitessedavancement,delapousseetducouplederotation).

Enplusdesinformationsdonnesparlenregistrementdesparamtres,cesforagespermettentdapprcierlanaturedesterrainstraverssparexamendesparticules(forageleauoulaboue)oudesclatsquiremontentlasurface(foragelaircomprim).

Pourviterleserreursdinterprtation,ilestessentielde ne jamais travailler en aveuglemais de toujourstablirunecoupelithologiqueduforagepartirdelexamendescuttingsousdiments.

(1) Voir Rfrences

Figure 3.7 : photo dun sondage carott Source : Stra

Lexploitation des trous de forageLestrousdeforagepeuventtreutilisspourralisercertainesobservationsoumesures,parapplicationdemthodesquisont,pourcertaines,tributairesdeltatdu trou : tub (tubage plastique oumtal) ou nontub, remplideauclaireoudeaucharge,debouebentonitiqueouautre.

Parmi les investigations les plus courantes, onpeutciter:lesmesures pizomtriques, indispensables pour

caractriserlhydrogologiedusite;


l'essaiLugeon(1):cestunessaideauderalisationrelativementsimplequipermetdvaluerledegrdefracturationdelarocheenplaceetdontlaralisationsimposedanslaplupartdescas(cf.figure3.9);la diagraphiemicrosismique qui renseigne sur le

degrdefracturationdelarocheenplace;ladiagraphiederadioactivitnaturelle(ougamma-

raynaturel)quipermetenparticulierdecorrlerlesdiffrentshorizonsenraisonduniveauderadioactivitqu'ilsmanifestent(utilisationcourante).


Figure 3.8 : coupe dun sondage avec Rqd Source : Lrep Clermont-Ferrand

2

Pressio

ndanslacavit(M

Pa)

Dbitinject(litre/min)

1,5

1

0,5

00 5 10 15 20 25

Figure 3.9 : exemple de courbe dessai Lugeon : le dbit deau est inject en fond de forage avec un obturateur limitant la hauteur dinjection, sous diffrentes pressions, croissantes puis dcroissantes ; le rsultat de lessai est exprim en units-lugeon : dbit en litres par minute, ramen une hauteur dinjection de 1 m et pour une pression de 1 MPa Source : Lrpc Clermont-Ferrand


Ilenexisteaussi,dusageplusspcifique:limagerie ou la fausse imagerie de paroi qui

permettentdevisualiseretdorienterlesdiscontinuitsdesparoisdestrous(cf.figure3.10);lasismiquecross-holeoulatomographiesismique

quipermettentlamesuredesvitessesdepropagationentredeuxforages;leradargologiquedeforagequipermetdedtecter

laprsencedefractures,dezonesaltresoudecavitsauvoisinagedestrousdeforage;lesdiagraphiesnuclaires(cf.figure3.11):ladiagraphiegamma-gammaquidonneencontinuenfonctiondelaprofondeurlamassevolumiquehumideduterrain;la diagraphie neutron-neutron qui donne encontinuenfonctiondelaprofondeurlateneureneauvolumiqueenplace.

-

-

Les essais in situ

Onpeutavoirrecoursauxessaispressiomtriquesetauxessaisdedilatomtreaurocheretlaplaque,quipermettentlamesureenplacedescaractristiquesdersistanceet/oudedformationduterrain.

Ilfauttoutefoissoulignerquecesessaismcaniquesin situ en forage, par principe, ne traduisentquimparfaitement le comportementmcanique dumassifenraisondufaiblevolumeauscult(aumieux1m3) en regard dumassif et de lespacement desdiscontinuits.

Ilnexistepasdessai in situponctuel idalpourcaractriser le comportement global dunmassifrocheuxdiscontinu.

Figure 3.10 : exemple de rsultats dimagerie de paroi (viaduc de lAnte) Source : Lrpc de Rouen


L'essai pressiomtrique(1)

Lessaipressiomtriqueestbienadaptpourcaractriserlesterrainsmeublesdecouverture.

Enraisondelacompressibilitpropredelappareiletdelalimitationdecapacitdessondesclassiquesautourde5MPa,cetessaiconupourlessolsnepermetpasdvaluer correctement les proprits mcaniqueslevesdesmilieuxrocheux:sous-estimationlafoisdelarsistancelimiteetdumodulededformation,mauvaisepriseencomptedunefracturationserre.

Par contre, il est assez bien adapt ltude desterrainsintermdiairestelsquelesrochestrsaltres,lesmarnesetargilites indures,ainsique les rochestendrestellesquelacraie.


Actuellement,lutilisationdesondeshautepression(jusqu 10-12MPa) permet dtendre le domainedutilisation de cet essai des roches un peu plusrsistantes.

Le pressiomtre est souvent utilis pour tudierdansun forage laprogression sol/rocher trs altr/rocher altr/rocher sain (cas des granites, gneiss,micaschistes,parexemple).

L'essai au dilatomtre de rocher et les essais la plaque sont des essais lourds et relativement dlicats raliser et interprter Ils sont plutt rservs aux phases ultrieures dereconnaissance(cf.3.3.1,lesessaisin situ).

Figure 3.11 : exemple de diagraphie de radioactivit naturelle Source : Lrep


Le rapport de synthse

Unrapportdesynthsedoittrerdigparlechargdtudes tenant compte de lensemble des donnesreleves au cours de cette phase de reconnaissancegnrale,enyincluantleslmentsrecueillislorsdelaphaseprliminaire.

Ilcomporte:lesvuesenplansunechelleconvenableosont

reprslesdiffrentspointsdesondagesetlesautrestypesd'investigation,lescoupesgologiqueslongitudinalesettransversales

(cf.figure3.12),unrecueildetouslesrsultatsdescoupesdeterrains,

diagraphiesetessais,photo-interprtationventuelledusite,lesniveauxdeausurlensembledusite,lerapportproprementdit.

Celui-cidoitindiquersilimplantationprvuepourlouvrageetsesappuisestjudicieuseousiuneautreimplantationsemblerecommande.

Il fournit galement des indications sur le type defondationsreteniretleursniveauxprvisibles(avecprdimensionnement).

Les mthodes dexcution des fondations et desouvrages annexes sont voques, avec les difficultsprvisibles.

Figure 3.12 : profil en long gologique illustrant la reconnaissance en rive gauche du nouveau pont de Terenez (Longueurs verticales = 2 x longueurs horizontales) Source : Stra

Siunecampagnedereconnaissancecomplmentairesavrencessaire,cequisera lecasgnralpourlesouvrages dune certaine importance, le rapport endfinitlaconsistance.

3.3 - La reconnaissance dtailleElle correspond ltape davancement du projetdouvragedart (Poa) et dudossier de consultationdesentreprises(Dce).

Sonobjetestdecomplterlesinformationsrecueillieslors de ltape prcdente afin de pouvoir procderau dimensionnement des fondations de louvrageprincipaletdesesouvragesannexes,dimensionnementquincessitelaconnaissance,dunepart,delanatureetdespropritsmcaniquesdelamatricerocheuseet, dautre part, de lintensit et de lorientationdes discontinuits ainsi que de leurs proprits defrottement.

Cette reconnaissance doit en outre permettre dedfinir les valeurs des paramtresmcaniques et depermabilit des terrains qui seront ncessaires laconception et au dimensionnement des ouvragesprovisoiresventuels.


Contrairementauxinterventionsdelareconnaissancegnrale, lesnouvelles investigations se concentrentsurlemplacementretenupourlesappuis.

Les mthodes de reconnaissance sont donc,gnralement,desmthodesplusponctuellesquelesprcdentes.

Comme pour les investigations antrieures, lesoprationsde terrainmenesdans le cadrede cettereconnaissance, et notamment les oprations decarottage ou les essaismcaniques in situ, doiventtre surveilles en permanence par une personnecomptente.

3.3.1 -Les mthodes de reconnaissanceOnprsenteci-dessouslesmthodesplusspcifiquementutilises dans cette phase de reconnaissance, encomplment de celles prsentes au paragrapheprcdent.

Les sondages carotts et destructifs

Larglegnraleestque,pourunpont, ilconvientdeffectueraumoinsunsondagecarottcontinuparappui,lesondagetantpoursuivisurplusieursmtresau-dessous de la cote prsume de la fondation, uneprofondeurgaleaumoinsunefoislalargeurdelafondationcomptepartirdelacoteprsumede celle-ci, pour en reconnatre sa zone dinfluenceimmdiate.Cetteprofondeurdoittreaugmentesidescavits,naturellesouartificielles,sontredouter(surprofondeurde7pourunpuitsdediamtre,parexemple).

Lobjectifdessondagescarottsestde:vrifier la conformit des terrains au modle

gologiqueetlabsencedanomalie,prciserlaprofondeurdelazonealtredurocher,prleverdeschantillonsquiserontutilisspourles

essaisdelaboratoire.

Les recommandationsrelativescescarottages sontlesmmes que celles qui ont t dcrites ci-dessus(cf. 3.2.2, lesmthodes de reconnaissance) et lesparois des forages peuvent galement tre tudiessuivantlesmmesmthodes.

Les sondages destructifs peuvent complter lessondagescarottspourcalerdespaisseurs,conditiondelestalonnersouschaqueappuiavecunsondagecarott.Comptetenudeleurmoindrecot,ilspeuventtre employs en grand nombre pour reconnatrelensemble de la surface de la fondation, en cas derisquedecavitsnotamment.

Les enregistrements de paramtres fournissentgalement des indications prcieuses sur ltatdaltrationdurocher.

Les spcificationsderalisationsont lesmmesquecelles qui ont t dcrites ci-dessus (cf. 3.2.2, lesmthodesdereconnaissance).

Les pizomtres et les essais deau

Acestadedeltude,ilestindispensabledeprvoirdesforagesddislaralisationdepizomtresquidevront tre conservs et relevs jusqu la date deralisation des travaux, pour suivre lvolution desniveauxdeausurlesite.

Si les conditionshydrogologiques sonthomognessurlesite,ilestprfrablederalisercespizomtreslextrieurdelazonedesappuis,pourquilspuissenttreconservspendantlestravaux.

De plus, il est trs frquent que les mthodesdexcutiondesfondationsoudesouvragesannexesncessitent la connaissance des caractristiques depermabilitdesterrains.

Ilestdoncrecommanddeprvoirsystmatiquementdesessaisdepermabilitenforage:essaisLefranc(1).sans oublier que les hypothses sur lesquellesreposentlinterprtationdecetessai(milieuporeux,homogne et isotrope) ne sont pas ncessairementcellesrencontresdanslesmilieuxrocheuxfracturs(permabilitdefissures).

Cependant, le rayon daction dun tel essai esten gnral faible en regard de lespacement desdiscontinuits du massif, pour une meilleurecaractrisationdelapermabilit,onestalorsamenprvoirdesessaisdepompagedansdesforagesdegrosdiamtre,plusreprsentatifs.

LessaiLugeon(2)estplusutilispourcaractriserltatde fracturationet linjectabilitdumassifquepourdesmesuresdepermabilit,nanmoinsilpermetunevaluationapprochedelapermabilitdunmilieuporeuxquivalent(1unitLugeon10-7m/s).

(1) Liste des normes et procdures dessai en Annexe 1(2) Liste des normes et procdures dessai en Annexe 1


La gophysique et les diagraphies de forage

En plus desmthodes usuelles dexploitation destrousdeforageexposesprcdemment,desmthodesgophysiques particulires de forage peuvent trerecommandesnotammentsideforteshtrognitset/ou laprsencedecavits sontcraindre sous lesappuis:mthodeslectriquespartirdunouplusieursforages,radargologique.

La mesure de la vitesse des ondes sismiques decompressionetdecisaillemententreplusieursforages(essai Crosshole) ou dans unmme forage (essaisDownhole/Uphole) est galement assez courante :on en dduit lesmodules dynamiques des diversescouches(1)

OntrouveralaprsentationdesdiffrentesmthodesgophysiquesdansleCodedebonnepratiquedelagophysiqueapplique(1).

Les essais de laboratoire

Cesessaisontpourobjetdemesurersurdeschantillonsreprsentatifsdelamatricerocheuselescaractristiquesphysiquesetmcaniques(dformabilitetrupture).

Les essais les plus couramment pratiqus sont ladtermination de la rsistance la compressionuniaxiale(1),delamassevolumique(1)),etlesessaisdetractionparfendage(essaisbrsiliens(1)).Larsistanceencompressionuniaxialeestmesureparcrasementsous presse ; un grand nombre dessais doit treprvu compte tenu de la dispersion gnralementimportante.

Dans certains cas, ces essais de base peuvent treapprofondis pour obtenir desmesures plus prcises(mesure dumodule dYoung(1), du coefficient dePoisson(1),essaistriaxiaux(1)).

Unessaidersistanceplus grossier peutgalementtre ralis sur des blocs si lon ne dispose pas decarottes:essailapresseFranklin(1)(crasementdeblocsderocheentredeuxpointes).

Lesessaisdidentification(porosit(1),vitesseduson(1))doiventtreprvusdanstouslescassurunnombredchantillonssuffisant.

Desessais spcifiquespeuventtre ralisspourdesproblmes particuliers : essais daltrabilit(1), dedgradabilit(1) , de fragmentabilit(1), de rsistanceaugeletdabrasivit.

En outre, les caractristiques mcaniques desdiscontinuits (frottement, dilatance) peuvent trequantifiespardesessaislabotedecisaillement(1).

(1) Voir Rfrences Figure 3.15 : essai brsilien Source : Lrpc Toulouse

Figure 3.13 : essai de compression uniaxiale - Carotte de diamtre 50 mm - Marbre de Saint Bat Source : Lrpc Toulouse

Figure 3.14 : essai de cisaillement sur discontinuit rocheuse Source : Lrpc Lyon


Les essais in situ

Des forages spcifiques doivent tre raliss pourraliserlesessaismcaniques(essaiaudilatomtre(1) et/ouessaipressiomtrique(1)silestadaptauterrain).

Cesforagesdoiventtreimplantssouslesappuis,leurnombreetleurprofondeurdpendantdeleurvaliditdanslesterrainsdusite:ncessairespourcaractrisermcaniquement les sols de couverture et la frangealtre du rocher, ils ne doivent pas tre prolongsau-deldequelquesmtresdanslerochersain.

Lessaiaudilatomtrederocher(1),relativementdlicat,permetdemesurerlemoduledecisaillementdurocherautour de la sonde, notamment sous chargementcyclique,conditionque lemilieune soitpas tropfractur.

Dans les cas les plus complexes (ouvrages trsimportantset/ouconfigurationdesiteoudeterrainparticulire),laralisationdepuitsdereconnaissancepeut simposer. Elle permet lexamen en place durocher etdesdiscontinuits, ainsique la ralisationdessaisdechargementdumassiflaplaqueenvuededterminerunmodulededformation.

3.3. - Le rapport finalLes rsultats de lensemble de la reconnaissancedoiventcf.figurerdansunrapportrdigparlechargdtudes,onytrouvelesinformationssuivantes:en introduction, le rappel de lamission prcise

confie au charg dtudes, la chronologie desdiffrentestapesdelareconnaissanceetlesmoyensmisenuvre;dansunepremirepartie,lasynthsegotechnique

d'ensemble, avec diffrents documents (cf. 3.3.2ci-aprs) et les rsultats des sondages et essaiseffectus;dans une deuxime partie, lapplication au projet

encequi concerne les fondations (positionnement,type, niveaux, dimensionnement, mthodes deconstruction)etlesouvragesprovisoires.

Onnotequecerapportfinalnemetpasuntermeautravailduchargdtudes.Ilesttrssouhaitablequecederniersoitintgrlquipeprojetetquelarceptiondes fouilles lui soit confie : lors de louverture decesfouilles,ilseralemieuxplacpoursassurerquelesconclusionsdeltudesontbienconfirmeset,lecaschant,pourvrifierlebienfonddadaptationsconscutives la dcouverte danomalies. Ce suivipeuttreformalisparunmissionG4selonlanormeNFP94500.


Figure 3.16 : sonde dilatomtrique Source : Afnor - Xp p94-443-1 de fvrier 2002 (seule la version Afnor dans son intgralit fait foi - pour se la procurer www.boutique-normes.afnor.org)


Les documents relatifs ltude

Cesdocumentssont:la localisation du projet : extraits de la carte Ign

(chelle1/25000eparexemple)etdelacartegologiquedusitesurlesquelsonaurasituleprojet;les vues en plan une chelle convenable (par

exemple 1/1 000e pour lensemble et 1/200epour les appuis) avec le fond topographique(cf.figure3.17);lescoupesgologiquesetgotechniquesincluantles

coupesdeforagesetlesdiversplans-coupes(avecreportdescampagnesdesondagesetdegophysique;lesdocumentsphotographiquesinterprts;lesrsultatsinterprtsdesessaisetdesmesuresin

situetenlaboratoire;lesstrogrammesdel'tudestructuraledumassif

(reprsentation conventionnelle des discontinuitsdumassif ).

La synthse et lexploitation des rsultats

Lerapportfinaldoit faire la synthsede lensembledes reconnaissances pour proposer une descriptiondes roches et dumassif rocheux du site, cest--dire unmodle gomcanique du site: dfinition,rpartition spatiale et description des formationsou sous-ensembles qui ont t distingus in fine,caractristiquesmcaniquesproposes(enfourchettes),principales incertitudes subsistantes lever lors desfouilles,etc.

Les types demodlisation dumassif rocheux sontdtaillesau5.2etlechoixdescaractristiquesau5.3.

OnutiliseraavantageusementlesclassesproposesparlAftes(2003)(1)pourlaprsentationdesprincipalescaractristiques,notamment:porosit,indicedecontinuit,duret,abrasivitde

laroche,rsistanceencompressionuniaxialedelaroche,tatd'altrationdumassif,continuitdumassif,caractristiques des discontinuits (espacement,

frquence,Rqd,Id,nombredefamilles),permabilitdumassif,dformabilitdumassif.

OnpourragalementemployerunenotationdesmassifsrocheuxtellequeleRmr(rockmassrating)(2),maisongardera lesprit lecaractre simplificateurdecesnotations.

Le choix et la justification des fondations de louvrage

Cestpartirdeslmentsprcdentsquelechargdtudesetlquipedeprojetpourrontentamerltudedesfondationsproprementdite:choixdestypesdefondation,desniveaux,valeurs des paramtres de calcul prendre en

compte,dimensionnementdesfondations,dfinitiondesmthodesdexcution,tudedestravauxannexes(injections,pompages):

choix,spcifications,estimationdesquantits,lments techniques pour la consultation des

entreprises,dimensionnementdesouvragesprovisoires,propositions dinstrumentation et de suivi de

louvrage,examendessolutionsvariantespossibles.

(1) Voir Rfrences(2) Voir Annexe 6

Figure 3.17 : plan dimplantation des reconnaissances (les diffrentes phases de la reconnaissance par sondages sont notes par des numros encercls)

Chapitre 4

Principes de conception

31


Danscechapitre,noussupposerons leplussouventquelimplantationdesappuisatdcidelissuedestudesprliminaires(choixdunevariantedouvrageenadquationaveclecontextegotechniquegnral,lesreconnaissancesprliminaires,lepartiarchitectural,les diverses contraintes du projet, fonctionnelles,environnementales,etc.).Pourchaqueappui,ilsagitalorsdedfinirdefaonapprochelafondation,quidevra faire lobjet ensuite dun dimensionnementdtaill.

4.1 - Principes gnrauxPar dfinition, les fondations doivent garantir lastabilit de louvrage dans toutes les situationssusceptiblesdtrerencontresauxdiffrentestapesdelaviedelouvrage.

Ladmarchequiaboutitauchoixdutypedefondationetsondimensionnementncessiteenconsquenceltude:des mcanismes possibles d'instabilit. Ceux-ci

peuvent prexister ou tre induits par l'ouvrage, une chelle locale ou plus gnrale.Ces problmesconcernent tout particulirement le cas des appuissur versant. Suivant les conditions topographiquesetstructuralesdusite,cetteanalysedoittrefaitel'chelledechacundesappuisouunechellepluslargepouvantengloberplusieursappuis;de la charge limite que peut supporter lemassif

rocheuxsouslafondation,quidoittrecompareaveclachargerelleapporteparlouvrage,pourchaquecas de charge tudi. Cette charge limite dpenddirectementdelarsistancedumassifrocheuxmaisausside lagomtriede la fondation.Elledoittredterminepartirdes schmasderupture lespluspertinentsentenantcomptedesdonnesstructuralesdumassifrocheux:suivantlescas,lemilieupourratre considr comme continu ou discontinu(cf.chapitre5);des dformations induites par le chargement :

tassements, et surtout rotations. Les rotations quipeuventrsulterdesmomentsappliqusauniveaudelafondationet/oudel'anisotropieetdel'htrognitdumassifrocheux,sontparticulirementimportantes vrifier pour les piles de grande hauteur dans lamesure o elles peuvent provoquer des effets desecondordrenonngligeablesetinadmissiblespourlastructure;des problmes d'excution des fondations :

terrassements ncessaires pour les plates-formes, lespistes et les fondations, blindages ou soutnementsdes excavations, stabilitdes talus, puisementsdesfouilles, traitements des terrains, etc. Lexpriencemontrequelesproblmesd'excutionrelatifslapartie fondations des travaux de construction dun

ouvrage,parfoisettortconsidrscomme annexes ,peuvent avoir une incidence forte sur le choix etl'optimisationdutypedefondation.Dansunversantescarp, il sagira principalement des instabilitsinduites par les terrassements et ncessitant ladisposition de soutnements en consquence. Pourunsiteaquatique, il sagira,entreautresproblmes,delamatrisedesarrivesdeauetdelaprvisiondesmoyensadaptspourassurerlpuisementdesfouilles.Ces problmes doivent tre pris en considrationsuffisammentttparlinterventiondungotechniciendansltudegnraledelouvrage,silonveutviterdesadaptationscoteusesdedernireheure.

4. - Principaux cas de fondations au rocherDansunetrsgrandemajoritdecas,enparticulierquand i l sagit douvrages courants avec desconditions gologiques simples, les caractristiquesdesmassifsrocheuxsouslesfondationssontlargementsurabondantes,eugardauxchargesapportes,quece soit en terme de portance, de tassements ou destabilit.

Ce nest pas sans raison que dans les analyses etconceptscourantsdelagotechnique,lebed-rockestsouventconsidrcommeunefrontireendessousdelaquelle,lescaractristiquesmcaniqueschangeantdordredegrandeurparrapportcellesdesterrainsderecouvrement,lanalysedunminimumdedonnes(identification/tat/structure) est suffisante pourgarantirlasurabondancedecapacitdumassifrocheuxvis--visdeschargesapportes.

Enrevanche,desproblmesdefondationsaurocherncessitant des tudes et analyses beaucoup pluspousses peuvent apparatre ds que louvrage sortducadrecourantouquelesconditionsgotechniques(gologiques,structurales,etmcaniques)deviennentpluscomplexes.

Danstouslescasilappartientauchefdeprojet,assistdun charg dtudes gologue, de juger du niveaudes reconnaissances et tudes spcifiques dumassifrocheuxquidevronttreeffectues, en fonctionducaractredelouvrageetdesconditionsgotechniquesdusite.

Quelques-uns des principaux cas particuliers quidemandent des tudes plus spcifiques dumassifrocheux,enraisondecertainscaractresdelouvrageou de conditions gotechniques influant fortementsurlechoixdutypedefondation,sontvoqusdanslesparagraphesquisuivent.

Toutefoisladiversitdesconditionspossiblesnepeut

Principes de conception 33

trersumeenunnombrerduitdexemplestypeset,naturellement,dautrescasplusoumoinscomplexescombinantdeslmentscaractristiquesdescastypesvoqusci-aprsseprsenteront.

4..1 - Ouvrages de grande porte sur massif rocheux affleurant ou sub-affleurant, avec proximit dun versantDanslecasdesitesaureliefmarquimpliquantde factolaprsencedeformationsrocheuses,lefranchissementde brches importantes peut conduire concevoirdes ouvrages exceptionnels se caractrisant par destravesdegrandesportes(jusquplusieurscentainesdemtres)etdeshauteursdepilesleves.Danscesconditions,leseffortsrduitsM,N,Tauniveaudesfondationssonttoujourstrsimportantsetdpassenttrssensiblementlesgammesdevaleursrencontressurlesouvrageshabituels(cf.figure4.1ci-aprs).

Les efforts transversaux dus en particulier leffetduvent,dessismes,oudessituationsencoursdeconstruction, peuvent entraner desmoments trslevsauniveaudesfondationsenraisondelagrandehauteurdespiles.

Pourcesouvragescaractreexceptionnel,bienplusencorequepourdesouvragespluscourants,lechoixdutypedefondationsnedoitpastredissocidelaconceptionmmedelouvrage.

Ds les phases prliminaires dtudes, il est trsimportant de disposer de donnes gologiques etgotechniques suffisamment prcises et fiables pourque louvrage projet soit bien adapt au contextedusite.

Enfonctiondesdonnestopographiquesetgologiques/gotechniques,ilpeutapparatreeneffetquecertaineszonessavrentinadaptespouryimplanterdesappuis(failles), dautres zones tant par contre beaucoupplus favorables. Pour ces raisons, certains partis outypes douvrages envisageables dun point de vuearchitectural et/oudinsertiondansun sitepeuventtreinterditsoubiensavrertrscoteuxenraisondelalocalisationetdelanaturedeleursappuis.

Parmi les donnes indispensables, il faut soulignerlimportancededisposerpourchaqueappuidefondstopographiques prcis une chelle suffisammentgrande(1/200e),venantcomplterleplangnraldusitedelouvrage1/1000e.Cesdocumentsdoiventtredisponiblestrsttdanslestudesetilsdoiventdbordersuffisammentdeszonesdappuispressentiespour servir de support aux tudes structuralesdtaillesdunepart,etpourpermettredesadaptationsdimplantationdesappuisdautrepart.Aprsanalysede ces documents une visite minutieuse du sitesimpose.

Un autre trait particulier de la conception desfondations au rocher, qui doit chercher utiliseraumieux les propritsmcaniques naturelles dumassifrocheux,tientauxspcificitsdecedernier :dansunmassifrocheux,onobservegnralementuncontrastelevdepropritsmcaniquesentrematriceet discontinuits, dont dcoulent un effet dchelleplus oumoinsmarqu et lexistence de surfaces defaiblessemcaniqueprdterminantlagomtriedessurfacesderuptures.

Parprincipeilfaudrachercher: viter les travaux susceptibles de perturber et

dgrader l'tat naturel, notamment en limitant lesgrandsterrassements,tropsouventaccompagnsd'unefracturationparasiteinduiteparlusageexcessifetsansprcautiondesexplosifs; renforcer lemassif rocheux, si ncessaire, pour

garantirlapermanencedesespropritsnaturelles.

Unmassif rocheux naturel, moyennant au besoindes renforcements limits,pourra souventavoirdespropritsmcaniques comparables ou suprieures celles dun massif quivalent de bton arm ;cest pourquoi il faudra toujours bien analyserles justifications des solutions comportant desterrassementsimportants.

810m

100150m

Pile d'un PS routier courantN810MN(800t1000t)Mlong1,52MN.m(150200t.m)

Pile d'un grand viaducN100200MN(10000t20000t)Mtr Mlong5001000MN.m(50000100000t.m)

Figure 4.1 : diffrences dordre de grandeur des efforts entre un ouvrage courant et un ouvrage exceptionnel Source : G. Gaudin (Egis)


4.. - Fondation sur un niveau rocheux situ sous une zone superficielle instableCe cas de figure est probablement lun des pluscomplexesanalyser.

Avantdenvisagerlimplantationdunefondation,ilest indispensabledeffectuerundiagnosticpralablerelatif auxmcanismes potentiels dinstabilit et leurimportance.

De tels diagnostics peuvent ncessiter desmoyenset des dlais qui risquent de savrer difficilementcompatiblesavecledroulementnormalduprojet,sileproblmenestpasmisenvidencesuffisammenttt. En effet, pour permettre un diagnostic fiable,notammentsurlavitessedvolutiondesphnomnes,lesobservationsetmesuresdoiventtretalessurunepriodesuffisante,trsgnralementpluriannuelle.

Parailleurs,danscescasdespce,lemassifrocheuxntant pas directement accessible lil delobservateur, sa reconnaissanceet sacaractrisationnen sont que plus difficiles. Quand les moyensclassiques par sondages, avec essais et diagraphiesassocis, ne permettent pas de lever toutes lesindterminations,ilyalieuderecouriraucreusementde puits de reconnaissance avec essais in situ ; cemoyen de reconnaissance, parfois un peu dlaissdans les programmes dinvestigations, permet enfindecomptedtablirundiagnosticplusfiabledescaractristiquesgotechniquesdumassifrocheux;ilestrecommanderpourlesgrandsouvrages.

Enfin,dansdetelscasdefondationsaurochernoncourantes(grandsouvrages,siteinstable),ilconvientde prvoir, ds la phase du projet, des dispositionsparticulires de surveillance des dformations du

terrainoudelafondation(cf.guidetechniqueLcpc Surveillancedespentesinstables (1)).

Lecasdunecouchesuperficielleconstituedesolsoudboulis en tat dinstabilit avre,mais reposantsurunmassifrocheuxstable,estrelativementsimpletraiterdansleprincipe,mmequandcettepaisseurestrelativementimportante.

Dans le cas o la couche est dpaisseurmodre(infrieure6-10menviron),ilpeuttreenvisagde faire reprendre lesefforts induitspardventuelsmouvementsparlafondationelle-mmeenadaptantaumieux sa conception (barrettes oupieuxdans lesens de la pente) et/ou en prvoyant par exemplelutilisationdetirantsdancrageprcontraints.

Dans le cas o lpaisseur de la couche est plusimportante,lasolutionconsistegnralementoprerunedsolidarisationentre la structurede fondationreposantsurlemassifrocheuxstableetleslmentsdesoutnementdelacoucheinstable.

Danstoutlescas,cesdispositionspeuventtreassociesundrainage,destin ralentir lesmouvementduversant.

Suivant le diagnostic, le soutnement pourra treconu, soit commeunmoyende stabilisationde lacouche instable, soit comme unmoyen plus limitassurant la reprise des efforts parasites gnrs parle glissement et accompagnant celui-ci dans sesdplacements.

Cederniercasestlecastypedesfondationsisolesdelacoucheinstableparuneenceintedesoutnementconue pour se dplacer avec la couche de surface(cf.figure4.3ci-aprs).Laduredeviedelouvrageestalorsconditionneparlavitessededplacement

(1) Voir rfrences

Massifrocheuxstable

Couche

instab

le

Enceinte

Rservationspourtirantsadditionnels

Vide

Figure 4.2 : viaduc du Charmaix Source : Stra Figure 4.3 : principe de fondation au rocher avec dsolidarisation dans la couche superficielle de sols instables Source : G. Gaudin (Egis)


delacouchesuperficielle ; les incertitudes,pouvantsubsistersurlafiabilitdesprvisionsmoyenoulongterme,conduisentengnralprvoirdesdispositionsconstructivespermettantderenforcerlastructuredesoutnement (rservationspour tirants additionnelsparexemple)ouplusexceptionnellement,desadapterauxmouvementsdelapenteenrservantlapossibilitde faire glisser la pile sur la fondation (exemple :rparationduViaducduCharmaix,cf.figure4.2)

Dans tous les cas, un suivi desmouvements de lapenteetdelafondationsimposetoutaulongdelaviedelouvrage.

Un cas beaucoup plus dlicat analyser est celuides versants rocheuxaffectspar lesmcanismesdefauchage, qui semanifestent par un basculementdes couches structurales initialement trs redresses(pendagevers lamontousub-vertical)desversants.Ces phnomnes, dont linitialisation est souventattribue au retrait des glaciers aprs les derniresgrandesglaciations,sonttrsfrquentsdanscertainesformations rocheuses folies (gneiss, schistes, etc.).Dans ces configurations (cf. figure 4.4) sous desformationsdboulissuperficielles,onrencontredesniveauxrocheuxplusstructursmaiscorrespondantdescouchesfauches,donctrsfractures,prsentantsouvent des fractures ouvertes, et il sera toujoursdlicatdelocaliseraveccertitudeleniveaudumassifrocheux stable partir duquel on pourra envisagerdtablir une fondation. Sur certains versants lesniveaux fauchs sont en effet trs pais et ondevrasinterroger sur le risque dinstabilit des couchesfauchesetsurlapossibilitventuelledyfairereposerunefondation.

OnpourrautilementsereporteraurecueildelAfpc(1)qui donne de nombreuses rfrences dexemples deralisation se rapportant aux diffrentes situationsrencontres.(1) Voir rfrences : Conception douvrages dart en site instable, Guide Afpc

4..3 - Fondation en site aquatique et sur massif rocheux affleurant, ou fondation sur massif rocheux situ sous une couche de sols de faibles caractristiquesUneautreconfigurationtypedefondationaurochercorrespondaucasolemassifrocheuxestsitusousleauou sousunecouchede solspeuconsistants etde caractristiquesmcaniques trs faibles, avec unniveaudenappelev,voireunehauteurdeaulibreplus oumoins importante (cas des sitesmaritimesparexemple).

Linaptitudetotaledessolsderecouvrementsupporterdeschargesconcentresentraneautomatiquementlancessitdepositionnerlassisedesfondationsdanslemassifrocheuxsous-jacent.

Lemassif rocheuxntantpas accessible lexamendirect, la dtermination prcise de lamorphologiedu toit de celui-ci peut savrer dlicate (cf. figure4.5),particulirementsilondoitcraindrelaprsencedencorbellementsdanslesubstratum.Lesrglesen usage prescrivant de reconnatre un volume demassif rocheux lchellede la zonedinfluencedelafondation,mmedanslecasdepieuxfaiblementencastrs, prennent ici un sens tout particulier etil faut souligner le risque encouru si on limite lesreconnaissances la frange superficielle dumassifrocheuxetlastrictesurfacedelafondation.

Outre ces problmes de reconnaissance et dequalification gotechnique, ce sont principalementdes problmes de conception et ralisation qui seposentalors.

Niveaudefondation?

?

??

?

? Substratumrocheux

Sdimentsmeubles

Figure 4.4 : incertitudes sur la localisation du niveau de fondation dans un versant rocheux affect par des phnomnes de fauchageSource : G. Gaudin (Egis)

Figure 4.5 : importance de la morphologie du substratum cach par les alluvions Source : Stra


Pourdesappuisdegrandesurface,telsquedessemelles,il est ncessaire douvrir des fouilles importantes labridcransquidoiventassurerundoublerle,desoutnement des sols superficiels et de barrire auxcoulements(cf.figure4.6).

Limpossibilitdassurerlapntration,depalplanchesparexemple,dansunmassifrocheuxaveclesmoyenscourantshabituels(refusdebattageautoitdurocher)et les difficults pour raliser les encastrementsncessaires pour assurer lquilibre et la stabilitdes rideaux rendentproblmatique la ralisationdeces crans de soutnement.On doit alors recourir dautres solutions dcrans faisant appel destechniquespluslourdesmettreenuvre:berlinoises(hors deau), rideau de pieux fors scants ou decolonnesdejetgrouting,paroismoules,palplanchesscellesdansdestranchesfores,etc.

Laprvisionetlamatrisedescirculationsdeausavretoutaussiincertaine.Lorsdesterrassementslintrieurdelenceintedesoutnement,cescirculationspeuventservlertrsconsquentesauniveaudelabasedescransquandceux-cisontfaiblementoumalencastrsdans le rocher. Les circulations deau peuvent parailleurssetrouverrelayesparlafracturationdumassifrocheuxetsortirdirectementdufonddefouille.

Des contraintesde cettenaturepeuvent conduire revoirlaconceptiondelafondation(enpassantuneconceptiondefondationsurpieuxparexemple)ourecourirdessolutionstrslourdestelleslescaissonsprfabriqus havs sous air comprim, voire danscertainscasextrmeslaconstitutiondendiguementsprovisoires.

Il convient aussi de signaler la pose de caissonsprfabriqus sur une assise de ballast (pont de la

confdrationauCanada)ousurungrosbtoncoulsous leau aprspurgedes sols recouvrant le rocher(palesprovisoiresdelarcsurlaRance).

Pourdesappuisponctuelsdutypepieux,ladifficultdepntrationdanslerocherpeutconduireexcluredessolutionsdebattage(caissonsdepalplanchesparexemple) si les pieux doivent tre encastrs dans lerocher, ce qui ne pourra pas tre garanti par cettemthode.Celaconcerneplusparticulirementlespieuxsusceptibles dtre soumis des cas de chargementen traction, de reprise defforts horizontaux ou demomentsimportants.

Il est alors le plus souvent ncessaire de recourir des solutions de pieux fors qui seules permettentdassurerlaralisationdelencastrementrequisdansle rocher et dviter de sappuyer sur unbloc isol.Lentreprise devra alors choisir desmoyens adapts la rsistancedu rocher et suffisammentpuissants.Lorsquelerocherestparticulirementdurlentreprisedoitpouvoirraliserlabasedelafouillesincessaire,untroupourcontrlerquelonnesarrtepassurunbloc isol,ainsiquedesavant-trouspourpermettredatteindreleniveausouhait

4.3 - Problmes de ralisation4.3.1 - Pistes, plates-formesPour chaque appui, outre les critres de portance,tassement, stabilit, il est indispensable de prendreen considration les modes de construction lesplusadaptsquidevronttremisenuvrepour leraliser.

Enceinte-batardeau

Refusdepntration

Alluvions

Massifrocheux

Dfautsd'tanchement

Figure 4.6 : difficults de ralisation des fondations au rocher non affleurant en site aquatique (fermeture, stabilit et tanchement des enceintes) Source : G. Gaudin (Egis)

Figure 4.7 : dstabilisation de versant du fait de terrassements en dblais intempestifs : pour implanter la grue de service du chantier, des terrassements non prvus initialement sont raliss au pied dun versant conforme lune des directions structurales principales du massif sur lequel sont implants les appuis Source : G. Gaudin (Egis)


Cetaspectconcernetoutspcialementlesproblmesdaccs aux sites des appuis et de ralisation depistes et plates-formes de travail partir desquellesseront construites les fondations et les piles, celammeindpendammentduterrassementstrictementncessairelafondationproprementdite.

Quand ces dispositions constructives (parfoisconsidres tort comme secondaires) nont past suffisamment prises en compte au niveau desprojets, elles peuvent tre la source de difficultsdont la solution en cours de chantier nest jamaistotalementsatisfaisanteetsetraduittoujoursparunrenchrissementsubstantieldelouvrage.

Lespistes,caractregnralementprovisoire,maisparfois aussi dfinitif quand elles constituent desaccspourlesmoyensdevisitedouvragesenservice,doiventfairelobjetdtudesettreprisesencomptedslesphasesamonts,aummetitrequelesappuis.Eneffet,ellespeuventavoiruneincidencesurlastabilitlocaleouplusgnraledesversantsetpeuventaussiinterfrer avec les zonesdinfluencedes fondations.Par ailleurs les impratifs relatifs lintgration delouvrage dans le site et la protection dumilieunaturel peuvent contribuer exclure certains typesdesolutionsdaccs.

Cesdiversesconsidrationsconduisentengnralcarterlessolutionsbasedeterrassementsimportantspouvant apparatre a priori moins onreuses auprofitdesolutionspluscomplexes,dblais/remblais,permettantdeminimiserlesterrassementsmoyennant,sibesoinest,lamiseenuvredediversestechniquesde renforcement de talus : clouage, micropieux,colonnesdejet-grouting

Dansdescasextrmes,onpeutmmetreconduitsepasserdepistesmoyennantunaccs parlehaut avecutilisationdunegruedeservice,dunblondin,voiredunhlicoptre.

4.3. - Emploi des explosifs Lesterrassementsrocheuxncessairespourraliserlesdblaisdesplates-formesdetravailetlesfouillesdesfondations(semelles,massifsoupuits)ncessitentengnrallutilisationdelexplosif.Cemoyendabattageestcertainementlemieuxadaptetleplusconomiquesous rserve dtre correctement mis en uvre.Toutefois,lebrise-rochehydrauliquepeutaussitreemploypourdesterrassementsdefaibleampleur.

Ds le stade de dfinition du projet, lors de ladfinitiondesgomtriesdes fouilles, il conviendradanalyser les conditions dexcution et lesmoyenstechniquesauxquelslentrepreneurdevrarecourirpourralisercesterrassements.

On se trouve dans la situation apparemmentparadoxale o lon doit dtruire et construiresimultanment:dtruire la cohsion de la masse de roche

terrasser;construire des talus, parois et fonds de fouilles

stablessansentranerdedgradationsdespropritsmcaniquesdelapartiedumassifrocheuxlaisseenplace(minimisationdeseffetsarrirelisautir).

Lesmoyens etmthodes mettre enuvre pourobtenir des rsultats satisfaisants dans ce domaineexistentetontdjfaitleurspreuvessurdenombreuxchantierscorrectementconduits.

Lestirspourlaralisationdefouillespourfondationssonttrsparticuliersdansleurconceptiondufaitdesdimensionsetdesconfigurations imposespourcesexcavations.Ilnexistepasdedocumentspcifiquederecommandationspourcetypedetirs.Ontrouveraen annexe 4 des spcifications particulires et lesrfrences bibliographiques de quelques documentsrcentstraitantdetravauxlexplosif,quipourronttre consults utilement pour la conception etloptimisationdecesplansdetirs.

Figure 4.8 : soutnement provisoire par clouage pour construction dune pile (viaduc de la Sioule) Source : D. Criado (Stra)


4.4 - Typologie des fondations au rocherLes diffrentes fondations au rocher peuvent treregroupessuivantlatypologiesuivante:fondationsuperficielle,fondationmassive(ousemi-profonde),fondation sur plusieurs pieux ou puits de gros

diamtre,fondation (superficielle) reposant sur unmassif

rocheux renforc (par inclusions, ancrages passif,micropieux,etc.).

4.4.1 - Fondation superficielleCestletypedefondationsleplussimpleauquelonchercheradoncrecourirenpriorit.

Cest lasolutiontrivialequandleniveaudurochersain,reconnuaptesupporterlafondation,setrouveassezprochedelasurface.

Figure 4.9 : fondation superficielle (tranche couverte Agos Vidalos RN20) Source : Stra

Figure 4.10 : fondations superficielles : adaptations la topographie Source : G. Gaudin (Egis)

Figure 4.11 : fondation de la pile P2 du viaduc de Roquebilire (dviation RN20 Cahors) - fouille redans permettant dadapter lappui la forte pente du toit des formations calcaires du Kimmridgien sous les boulis Source : Egis

a b c

Lesfondationssuperficiellestrouventleurslimites:quandlesfondationssontsoumisesdesmoments

importants:lesdimensionsdelasemelledoiventpermettrederespecterlesrglesgnralesdejustificationdecetype de fondations (cf. chapitre 5) qui imposententreautresquelemassifdappuirestecomprimsous celle-ci, y compris sous combinaisonsfrquentes;dans le cas demoments trs importants, ce quiseproduitgnralementavecdespilesdegrandehauteur,lerespectdecesrglespeutconduiredessurfacesdappuitropimportantesetncessitantdesterrassementsrdhibitoires.Onestalorsconduitrecourirdessolutionsdevenantprogressivementplus enterres:massifsdebton,barrettes,puits,avecdesmodesdefonctionnementsplusspcifiquesluneoulautresolution;quandlapenteduterrainnaturelncessitedetrop

grandsterrassementsamontpourraliseruneplate-forme suffisamment encastre dans lemassif pourassurerdesconditionshomognesderigidit.

Toutefois,mmedanscecas,etsousrservequelesconditions structurales sy prtent, on peut essayerde conserver la solution superficielle, moyennantla ralisation dune semelle niveaux dcals oucomportantdesredanspoursadapterlatopographienaturelle(cf.figures4-10a,etb).

-

-


Cettesolutionestgalementbienadaptedanslecasdunpontenarc(photodecouvertureSallanches).

Ilestgalementpossible,danslunoulautredecesdeuxcasdutiliserdesancragespassifspoursolidariserlasemelleaumassifrocheux(cf.figure4.10c);ilestdanscecasrecommand:quilssoientsollicitsessentiellemententraction;que leur rle soit limit certaines situations

provisoiresouexceptionnelles(cf.4.4.4);que lemassifdappuiresteentirementcomprim

souslafondationsouscombinaisonsfrquentes.

Pour assurer un meilleur encastrement , lebtonnagepleinefouilleestrecommand.

4.4. - Fondations massives (ou semi-profondes) sur puits uniqueEntrentdanscettecatgorielesfondationssurpuitscylindrique unique (gnralement circulaire ouelliptique)lesfondationssurmassifparalllpipdiqueousurbarrettedegrandesdimensions.Cellescisontle plus souvent ralises par la technique du puitsmarocain.

Cettesolutionpermetdediminuerlempriseausolparrapportcelledelasemellesuperficielle.Lerecourscetypedefondationsestjustifidavantageencorequandlerocherportantestunecertaineprofondeur(encasdaltration).

Latransmissiondeseffortsdelastructureaumassifrocheux sopre par les ractions sur la base et sur

les faces dumassif de fondation.Celles-ci peuventreprendredeseffortsdebutefrontale(facesavantouarrire)oudecisaillement(faceslatrales).

Larpartitiondescontraintessouslemassifetsurcesfaces latrales (diagramme linaire) assure la reprisedesmoments.Ledimensionnementpeuttreenpartieconditionn

par la bute limitemobilisable, notamment sur lafaceavantsitueducotduversant(cf.figure4.12).Ladterminationdeceparamtre,ainsiquelaloidecomportementrgissantlaraction,dpendentassezdirectementdelastructurecontinueoudiscontinuedumassif rocheux lchellede la fondationetdeshypothses retenues pour lemodliser (chapitre5).La proximit d'un versant en pente diminuesensiblementlabutemobilisable,enparticuliers'ilexiste des familles de discontinuits d'orientationsdfavorables.Onpeuttrealorsconduitd'unepartneutraliserunetrancheplusoumoinsimportantedumassifrocheuxsitueprsdelasurface,d'autrepartestimer labute limitepartirde larsistanceaucisaillementdevolumesdemassifsrocheuxdcoupsparlesdiscontinuitsenavantdumassifdefondation.Il n'existe pas de rgle gnrale sur la hauteurneutralise : celle-ci doit tre apprcie par unmcanicien des roches en fonction des donnesgomtriques (pente du versant), gologiques etgotechniques(parexempledeprsenced'unecouchesuperficielledemassifrocheuxaltr).Lorsquelabasedelapileestinscritedanslediamtre

dupuits,ilnyapaslieudeprvoirunesemelle;ilsuffitdeprvoirunereprisedebtonnage1,50mou2mdusommetpourassurer lerecouvrementdesaciers.

Figure 4.12 : fondation sur massif (exemple de fonctionnement)Source : G. Gaudin (Egis)

Figure 4.13 : fondation sur puit unique de gros diamtreSource : G. Gaudin (Egis)

Zonedeneutralisationdelaractiondebute

TM

N

AlluvionsZone

affouillable

T

N


Unementionparticuliredoittrefaiteducasdesfondations surunpuitsuniquepourcertainespilesd'ouvrages implants en fond de valles dans deslitsderiviresaffouillables(cf.figure4.13).Pourcemodedefondation,ladifficultessentiellersidedansl'apprciationdesmoyensmettreenuvrepourlaralisationdel'encastrementdanslemassifrocheux,ncessaire pour assurer la reprise desmoments. Eneffet,siletravaild'excavationenfonddepuit creussecendescendant(puitsmarocain)nesoulvepasgnralement de difficults particulires, il n'en vaplusdemmesicetravaildoittreoprsousl'eau.Ladsagrgationouletrpannagedumassifrocheuxdansdesdiamtresgnralementsuprieurs2,5m3,5m,ncessitedesmoyensmatrielstrsimportantsetbienadaptslanatureptrographiquedelaroche.Detelsmoyenspeuventtrerentabilisssilenombred'appuisraliserestsuffisant.Celan'estpluslecassi,dansunprojet,lenombredesappuisdecettesorteselimiteuneouquelquesunits.

4.4.3 - Fondations sur pieux ou puits multiples de gros diamtreDs lors quunmassif de fondation doit avoir unecertaine profondeur dencastrement pour assurerles conditions gnralesde stabilit, les volumesdeterrassementsdesfouillesetdebtonarmdeviennenttrsimportants.

Ilestalorsplusrationneletconomiquederecourirunefondationconstituedunesemelle(ouunchevtre)peuencastredansleterrainnaturelquitransmetleseffortsaumassifrocheuxparlintermdiairedepuits

Figure 4.14 : viaduc de la Colagne (RN88) : pile circulaire sur un seul puit ( = 7,3 m) Source : Stra

a-plancoupe

b-vueenplan

Figure 4.15 : fondations sur puits multiples Source : G. Gaudin (Egis)


(ou pieux creuss mcaniquement) gnralementau nombre de 2 ou 4 (en fonction du rapport desmoments),dispossaux sommetsdunrectangleoudunlosangeinscritdanslasemelle.

Pourrduirelevolumedelasemelle,sasurfacemaisaussi son paisseur, les puits sont si possible situssous les efforts de compression et de traction pourminimiser leseffortsdeflexiondans la semelle.Lesentraxesdepuitssontengnralfaibles,delordrededeuxdiamtres,voirelgrementmoinspourlestrsgrosdiamtres;unespaceminimumentrelespuitsest cependant ncessaire (4 5m) pour permettrele creusement des puits lexplosif . Lorsque ladisposition est favorable lpaisseur de la semellepeuttrerduiteenvirondiamtre.Onnotequela rigiditdupuits est alors suprieure cellede lasemelleetquelabasedupuitsparticipelareprisedes effortsdeflexion,unemodlisation adapte estncessaire.

Enprincipe, pour les cas de charges correspondantdestatslimitesdeservice,ilconvientdesassurerque les puits restent comprims, ou auminimumsoumisunetractionenttecompenseparlepoidsdupuits.

Pour les cas de charges correspondants des tatslimites ultimes, il est possible dadmettre le travailen tractiondunoudeplusieurspuits, sous rservenaturellement que lquilibre du volume demassifrocheuxsollicitparlecisaillementaucontactpuits/massifsoitassur.Ilconvientenparticulierdevrifierquelepoidsdu cnedemassifrocheuxdcoupparlesdiscontinuitsetmobilisparlepuitsentractionest suffisantpourcompenser leffort transmispar lepuits.

Onpeutceteffetrenforcerlemassifrocheuxautourdupuits(scellementdebarrespassives)pourgarantirlasolidarisationavecuncnedevolumesuffisant.

Danslecasolespuitsdoiventtraverserunecouchesuperficielle instable, il peut tre envisag de lesdsolidariserdecelles-cisuivantlesprincipesvoqusau4.2.2-etcela,enrglegnrale,dsquelahauteurdelacoucheinstabledpassequelquesmtres.

Figure 4.17 : fondation sur puits multiples de la pile P1 du viaduc du Milliau Source : Stra

Figure 4.16 : pile P3 du viaduc de la Colagne (RN88), 2 puits de 7 m de diamtre/espace de 5 m entre les puits/semelle de 19,60 m x 7,60 m et dpaisseur 3 m (dbord de 0,30 m par rapport aux puits) Source : Stra

a-plancoupe

b-vueenplan


4.4.4 - Fondations (superficielles) reposant sur un massif rocheux renforc par ancrages passifs, micropieux, etc.Lutilisation dancrages passifs intgrs unmassifrocheux sous une fondation vise principalement prenniser,sinonamliorer,larsistanceintrinsquedecelui-ci.Ilspeuventaussitreutilisspourrpondre une sollicitation particulire lors dune phaseprovisoiredelaconstruction.

Dunemaniregnrale,lesmassifsrocheuxseprtentparticulirementbienaurenforcementparancragespassifs. En effet les ruptures qui sy dveloppentrsultent gnralement dun dfaut de rsistanceau cisaillement le longde surfaces de discontinuitprexistantesetquelquefoisdundfautdersistance latractionsuivantdessurfacesparticulires.Cestla raison pour laquelle le renforcement desmassifsrocheuxparancragespassifssollicitsentractionet/oucisaillementauniveaudesdiscontinuitsinterceptesestgnralementtrsefficace.Danscesconditions,lorsdelaconceptiondunefondation,silarecherchedeconditionsassurantlastabilitconduitapprofondirle niveau de fondation dans lemassif rocheux, ilsera toujours opportun dexaminer la possibilit deconserverunefondationplussuperficiellemoyennantlerenforcementdumassifrocheuxsouslappui.

Il convient de ne pas confondre ce renforcementdumassif sous la fondation superficielle avec un pinglage de la fondationaumassif (cf.4.4.1)qui doit tre rserv des cas exceptionnels et dessituationsprovisoiresouaccidentelles.

La conception du renforcement dumassif rocheuxdans la zone dinfluence de la fondation peut treabordesuivantdeuxobjectifs:prvention vis--vis de ruptures par cisaillement

suivantdessurfacesdediscontinuit:

Ilestrecommanddanscecasdelimiterlutilisationdesancragesauxseulessituationsprovisoires(durantlaconstructionnotamment),ensollicitantlesbarresessentiellemententraction.Enphasedexploitationdelouvrage,lascuritnedoitpasreposersurlesseulsancrages(cf.5.5.3).Ilestgalementncessairedesassurer que les dplacements occasionns lors desphasesdeconstruction(lamobilisationdesancragespassifssupposeunce

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Fondations OA Au Rocher