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Auteur(s)
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Jean-Louis DURVILLE : Ingénieur en chef des Ponts et Chaussées - Chef de la division Mécanique des sols et Géologie de l’ingénieur au Laboratoire central des Ponts et Chaussées
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Lire l’articleINTRODUCTION
Il est courant d’affirmer que le matériau rocheux est un matériau de qualité, rigide et résistant, et que les massifs rocheux sont de « bons terrains » pour les travaux de génie civil. Cependant, l’optimisation des travaux au rocher nécessite une connaissance du comportement mécanique des roches, et les grands ouvrages de génie civil, tels que tunnels profonds, barrages, centrales nucléaires, ou viaducs de grande portée, sollicitent le massif rocheux parfois à la limite de ses capacités. La mécanique des roches, science de l’ingénieur qui s’est individualisée depuis une trentaine d’années, possède quelques spécificités que nous présentons sommairement ci-après.
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- Version courante de mai 2023 par Richard GIOT, Stephen HÉDAN, Philippe COSENZA
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Mécanique des sols et géotechnique
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Modélisation des massifs rocheux2. Effet d’échelle en mécanique des roches
Une des difficultés majeures en mécanique des roches est d’estimer les propriétés du massif rocheux à l’échelle de l’ouvrage, du fait de l’existence fréquente d’un effet d’échelle. On dit qu’une propriété est soumise à effet d’échelle lorsque sa valeur mesurée varie suivant les dimensions de l’échantillon testé. Les propriétés concernées sont la résistance, la déformabilité, la perméabilité, etc., mais non les propriétés de type additif comme la masse ou le volume. Deux types d’effets se font sentir, l’un sur la dispersion et l’autre sur la moyenne des valeurs.
Le premier est illustré sur la figure 1 pour une propriété P donnée : la mesure de P réalisée sur de petits échantillons est très dispersée, et ce n’est qu’en auscultant un volume de terrain supérieur au « volume élémentaire représentatif », une dizaine de mètres cubes par exemple, que la valeur de P se stabilise à sa valeur moyenne.
L’effet d’échelle proprement dit est présenté dans les exemples ci-après, qui montrent que les hétérogénéités et les défauts de structure, au niveau de l’éprouvette de laboratoire comme à celui du massif, sont à l’origine de la variation d’une caractéristique avec la dimension de l’échantillon testé.
2.1 Vitesse de propagation des ondes et densité de discontinuités
On observe dans la mesure de la vitesse des ondes des diffé-rences marquées entre les échelles du grain de la roche, de l’éprouvette de laboratoire et de l’ouvrage.
À l’échelle du grain, les minéraux les plus courants, comme la calcite et le quartz, sont des cristaux anisotropes. La propagation des ondes dans un milieu anisotrope est très complexe : par exemple, dans un cristal de calcite, qui possède un axe de symétrie ternaire, trois types d’ondes peuvent se propager dans la direction de cet axe, une onde longitudinale et deux ondes transversales, avec trois célérités différentes.
L’éprouvette de laboratoire est un agrégat formé d’un...
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Effet d’échelle en mécanique des roches
ANNEXES
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HAUT DE PAGE
Dans les Techniques de l’Ingénieur
DURVILLE (J.-L.), HÉRAUD (H.) - Description des roches et des massifs rocheux - . C 352 (1995). Traité Construction, vol. C2I.
HAUT DE PAGE
Références
CHARLEZ (Ph. A.) - Rock mechanics - . Volume 1 : theoretical fundamentals. 333 p. 1991. Technip, Paris.
RACHEZ (X.) - Les fondations au rocher de grands viaducs : l’apport de la méthode des éléments distincts - . 241 p. 1997. Thèse de l’ENPC (École nationale des Ponts et Chaussées).
Livres et revues
FILLIAT (G.) - La pratique des sols et des fondations - . 1 392 p. 1981. Éditions du Moniteur, Paris (voir en particulier les chapitres 1, 2, 18, 25 et 31).
GOODMAN (R.E.) - Introduction to rock mechanics - . 560 p. 1989. John Wiley & Sons, New York.
HUDSON (J.) - Rock mechanics principles in engineering practice - . 72 p. 1989. Butterworths, Londres.
PANET (M.) - La mécanique des roches appliquée aux ouvrages de génie civil - . 235 p. 1976. Association amicale des anciens élèves de l’ENPC.
PRAT (M.) et coll - La modélisation des ouvrages - . 770 p. 1995. Hermès, Paris.
TALOBRE (J.) - La mécanique des roches - . 440 p. 1967. Dunod, Paris.
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