LA MECANIQUE DES ROCHES AU DIMENSIONNEMENT DE FONDATION

Les roches métamorphiques

– Les migmatites : [Migma (grecque ) =mélange]: Ces sont des roches de mélange de gneiss avec la composition granitique. Ils ont la composition générale de gneiss et des granites avec des : Quartz, feldspaths, minéraux accessoires. On distingue à Madagascar, les migmatites granitoïdes (minéraux accessoires : micas où amphiboles) et les migmatites charnockitiques: quartzo- feldspathiques, minéraux accessoires: hypersthènes
– Les gneiss : Ces sont des roches litées où rubanées constituées de quartz , feldspaths ou micas, avec ou sans minéraux accessoires: amphiboles, sillimanites, pyroxènes
– Les leptynites : Ces sont des roches litées à quartz et fedspaths, les minéraux accessoires sont : grenats, cordiérites, rarement des sillimanites.
– Les quartzites : constituées entièrement par de quartz, plus ou moins d’amphiboles, grenats, feldspaths.
– Cipolins où Marbres :Dérivent de la transformation des calcaires et des dolomies ; les marbres sont des cipolins dolomitiques.

La prospection gravimétrique

                 Elle est la méthode d’investigation de la structure géologique de la croûte terrestre par l’observation des anomalies de la force de pesanteur sur la surface terrestre, conditionnée par la densité inégale des roches. La force de pesanteur augmente aux endroits où les assises et les massifs des roches denses sont répandues ou aux endroits où ils se rapprochent de la surface terrestre, elle diminue aux endroits de leur enfoncement ou de leur absence. Les travaux gravimétriques permettent de localiser les dômes salins avec une faible densité et avec lesquels sont liés les gisements de pétrole et de gaz ; d’établir la profondeur de gisement de massifs carbonifères, des roches métallifères. Les gisements houillers se rapportent aux affaissements (grabens, dépressions). Les travaux gravimétriques sont menés aussi dans les importantes régions de minerais de Fer, sur les gisements de chromite
-Si les affleurements rocheux sont visibles en surface : Il faut faire la méthode la plus traditionnelle mais efficace, qui est l’étude de terrain et interprétation des résultats.
– Levé géologique détaillé : Il s’agit de faire, à l’aide de boussole la détermination,de l’orientation et du pendage de la surface de discontinuité du massif rocheux.
– Étude des discontinuités sur canevas : il est commode de rassembler les directions et pendage de tous les plans de discontinuités en utilisant le canevas de Wulf sur lequel sont tracées les projections stéréographiques des méridiens passant par une diamètre horizontal et des parallèles verticaux perpendiculaires à ce diamètre.
Cette projection stéréographique conserve les angles, et un petit cercle de la surface sphérique se projette suivant un petit cercle (le centre ne se conserve pas) et elle est utile pour résoudre les problèmes d’intersection. Par contre, le canevas de Schmidt se présente comme le canevas de Wulf mais conservant les surfaces. Un massif rocheux ne peut presque jamais être considéré comme un milieu homogène et continu. Il est parcouru par un ensemble de surfaces de discontinuité qui diminuent sa résistance. Les surfaces des discontinuités des massifs rocheux sont : les failles, les diaclases, les zones de fracturation.
Les failles: sont des surfaces de rupture dont les deux lèvres ont glissé l’un par rapport à l’autre, elle présente un rejet. Les surfaces de glissement présentent un miroir de faille, les lèvres sont souvent remplies de matériaux détritiques, et correspondent à une zone broyée; elles résultent d’une rupture par cisaillement.
Les zones de fracturation: correspondent à un réseau très denses de fissures plus ou moins sinueuses, qui se recoupent et se ramifient. La fracturation est si intense que toute la zone a été broyée ou mylonitisée.
– Les fissures : On les définit comme une discontinuité où surface de non-adhérence d’étendue limitée ; on distingue les macrofissures et les microfissures d’après leur dimension.
Les diaclases :Ces sont des fractures produites sans déplacement tangentiel donc sans cisaillement et de dimension plus réduite que les failles.

CONCLUSION GENERALE

                    Au terme de ce mémoire de fin d’études sur l’application de la mécanique des roches au dimensionnement des fondations d’ouvrage, il nous paraît indispensable de rappeler les principaux points qui sous- tendent l’ensemble de ce travail. Ces points peuvent être résumés de la façon suivante :
• La connaissance de l’environnement du site (climatologie, hydrologie) ainsi que les conditions géologiques sont indispensables,
• On sait actuellement caractériser l’ensemble des phénomènes qui interviennent dans le comportement d’une roche à partir soit des essais in-situ, soit des essais en laboratoire, aboutissant sur la caractérisation de l’état du massif rocheux,
• Mais les méthodes de calcul numérique des ouvrages fondés au rocher ne sont pas encore bien définies. Il n’y a pas encore de Directive Technique unifié en ce sens actuellement.
Deux études de cas ont été considérées, dans ce travail ; le premier concerne un bâtiment où le rocher est plus ou moins à faible profondeur (sub- affleurant) et le second un pont ferroviaire avec le rocher en grande profondeur. Le plan adopté pour ces deux cas est celui utilisé pour les études de fondation courantes, mais avec la formule empirique, transposée à partir à partir des milieux frottants. L’essentiel est de garder à l’esprit le comportement de la roche pour l’estimation du coefficient de sécurité : altération- discontinuité- mode de gisement. On peut dire en conclusion que le bon sens et le savoir faire de l’ingénieur sont encore indispensables pour interpréter les calculs et évaluer leurs incertitudes.

Table des matières

PREMIERE PARTIE
1 RAPPELS
1.1 Climatologie de Madagascar
1.1.1–La température
1.1.2– Les pluies
1.2 Géologie de Madagascar
1-2-2- La couverture sédimentaire
1.2.2.1- Groupe de Sakoa (basal)
1.2.2.2- Groupe de Sakamena (médiane)
1.2.2.3- Groupe de l’Isalo
1.3 Pétrographie et principales formations rocheuses rencontrées
1-3-1- Pétrogrphies
1.3.1.1-Définitions
1.3.1.2-Les roches magmatiques
1.3.1.3.-Les roches métamorphiques
1.3.1.4-Les roches sédimentaires
1-3-2- Les principales formations rocheuses
1.3.2.1- Les roches magmatiques
1.3.2.2- Les roches métamorphiques
1.3.2.3- Les roches sédimentaires
1.4 Pédologie
1.4.1- Classification des sols malgaches (selon Ph Lacoste)
1.4.1.1- Sols ferralitiques
1.4.1.2- Sols rouges meditarrannéens
1.4.1.3- Sols ferrugineux tropicaux
1.4.1.4- Sols peu évolués
1.4.1.5- Sols calcaires
1.4.1.6- Sols argileux foncés
1.4.1.7- Sols hydromorphes
1.4.1.8- Sols salins
1.4-.2 Étude de l’érosion à Madagascar
1.4.2.1- Définition
1.4.2.2- Facteurs de l’érosion
1.4.2.3- Exemple d’érosion
1.5- Géomorphologie (selon H Besairie)
1.5.1 -La surface fin tertiaire
1.5.2 -La surface meso-tetiaire
1.5.3 -La surface crétacée
1.5.4 – La surface jurassique
DEUXIEME PARTIE
2- LES METHODES D’INVESTIGATION
2.1 Les essais in situ
2.1.1- Les reconnaissances géophysiques
2.1.1.1- Définition
2.1.1.2- Méthode gravimétrique
2.1.1.3- Méthode électrique
2.1.1.4- Méthode sismique
2.1.1.5- Méthode magnétique
2.1.2- Pénétromètre dynamique
2.1.2.1- Objet
2.1.2.2- Domaine d’application
2.1.2.3- Principes de l’essai
2.1.2.4- Résultats
2.1.2.5- Interprétation des résultats et domaine d’utilisation
2.1.3- Pressiomètre
2.1.3.1- Objet
2.1.3.2 – Principe
2.1.3.3 –Mesure
2.1.3.4- Caractéristiques pressiométriques
2.1.3.5- Domaine d’emploi
2.1.4- Sondage et forage
2.1.4.1- Définitions
2.1.4.2- Forage au rotary
2.1.4.3- Forage carotté
2.1.4.4- Forage semi- destructif
2.1.4.5- Forage destructif
2.1.4.6- Méthodes de prélèvement
2.2- Les essais de laboratoire: caractérisation des roches
2.2.1- Les essais d’identification
2.2.1.1- Détermination pétrographique : visuelle, en lame mince
2.2.1.2- Mesure de la porosité totale d’une roche
2.2.1.3- Mesure de la vitesse de propagation des ondes longitudinales
2.2.2- Les essais de résistance
2.2.2 1- Essai de traction directe
2.2.2.2- Essai brésilien
2.2.2.3-Essai Franklin
2.2.3- Les essais de sensibilité
2.2.3.1- Essai d’altérabilité
2.2.3.2-Essai de gélivité des roches
2.2.3.3- Essai de délitage par choc thermique : sensibilité aux délitages
2.2.3.4-Essais à l’eau oxygénée : sensibilité aux gonflements
2.2.3.5- Essais thermo- chimiques : sensibilité au lavage des zones altérées des feldspaths
2.2.4- les essais sur les granulats
2.2.4.1- Rappels sur les notions de granulats .
2.2.4.2-Classification de granulats
2.2.4.3-Quelques définitions
2.2.4.4- Essai MicroDeval (MDE)
2.2.4.5- Essai Los Angeles (LA)
2.2.4.6- Essai de fragmentation dynamique (FD)
2.2.5- Comportements des roches
2.2.5.1- Comportement fragile
2.2.5.2-Comportement ductile
2.2.5.3-Comportement élastique
TROISIEME PARTIE 
3- INTERPRETATION DES RESULTATS
3.1- Les phénomènes d’altération
3.1.1- les facteurs externes de l’altération des roches
3.1.1.1-La température
3.1.1.2-La précipitation
3.1.1.3-Précipitation et ruissellement
3.1.2-.Les résultats de l’altération
3.2.-Description de massif rocheux
3.2.1- Méthode et moyens d’étude
3.2.1.1- Si les affleurements sont visibles : Méthodes traditionnelles
3.2.1.1.1- La faille
3.2.1.1.2-Les zones de fracturation
3.2.1.1.3.- Les diaclases
3.2.1.2- Si les roches sont en profondeur :Description des carottes
3.2.1.2.1- Quantification des discontinuités des massifs rocheux
3.2.1.2.2- Paramètres quantifiant la fracturation d’un massif à partir de sondage carotté
3.2.1.2.2.1- Taux de carottage
3.2.1.2.2.2- Épaisseur de couche
3.2.1.2.2.3- Espacement de fracture
3.2.1.2.2.4- Répartitions de longueurs des carottés
3.2.1.3- Observation directe de discontinuité en sondage
3.2.1.3.1- Carottage intégral
3.2.1.3.2- Circuit fermé de télévision
3.2.1.4- Reconnaissance de discontinuité à partir de sondages destructifs
3.2.1.4.1- Digraphie instantanée en forage
3.2.1.4.2- Les carottages sismiques
3.2.1.5- R Q D ( Rock Quality Désignation )
3.2.2- L’indice de qualité
QUATRIEME PARTIE
4- ETUDES DE CAS
4.1 Rappels de définition des différents types de fondation d’ouvrage d’art
4.1.1- Fondation superficielle
4.1.1.1- La semelle
4.1.1.2- Les radiers
4.1.2- Fondation semi- profonde
4.1.2 .1- Critères de choix
4.1.2.2 – Description
4.1.3- Fondation profonde
4.1.3.1- Description
4.1.3.2- Section des pieux
4.1.3.3- Principes de la force portante
4.1.3.4- Types des pieux
4.1.3.4.1- Les pieux préfabriqués
4.1.3.4.2- Les pieux exécutés in situ
4.1.3.4.2.1- Les pieux forés et moulés dans le sol
4.1.3.4.2.2- Les pieux à tubes battus
4.2- Les formules utilisées
– semelles et puits
• charges limites d’une semelle
• contraintes admissibles
• critères de rupture
• critères de déformabilité
– pieux
4.2.1- Cas des fondations superficielles
4.2.1.1- Quelques définitions
4.2.1.2- A partir des essais en laboratoire .
4.2.1.3- A partir des essais pénétrométriques
4.2.1.3.1- Pénétromètres statiques
4.2.1.3.2- Pénétromètres dynamiques
4.2.1.4- A partir des essais pressiométriques
4.2.2- Cas des fondations profondes
4.2.2.1- A partir des essais en laboratoire
4.2.2.1.1- Caractéristiques mécaniques du sol
4.2.2.1.2- Résistances des pointes
4.2.2.1.3- Frottement latéral
4.2.2.2- A partir des essais en pénétromètres statiques
4.2.2.3- A partir des essais en pressiomètres Menard
4.3-. Études de cas
4.3.1- Les cas du bâtiments à Faravohitra
4.3.1.1- Introduction
4.3.1.2- Reconnaissance de terrain
4.3.1.2-.1 Intervention sur terrain
4.3.1.2.2- Géologie du site
4.3.1.2.3- Résultats de la reconnaissance
4.3.1.2.3.1- Pénétrogrammes
4.3.1.2.3.2- Coupe du sol
4.3.1.2.3.3- Paramètre pressiometrique
4.3.1.3- Analyses en laboratoire .
4.3.1.3.1- Caractéristiques du sol
4.3.1.3.2- Les caractéristiques de la roche
4.3.1.4- Interprétation
4.3.1.4.1- Rappel de l’ouvrage
4.3.1.4.2- Choix de fondation
4.3.1.4.3- Justification des fondations .
4.3.1.4.4- Disposition constructive
4.3.1.5- Conclusion
4.3.2 Pont ferroviaire PK2 ligne Tana- Antsirabe
4.3.2.1- Introduction
4.3.2.2- Géologie du site
4.3.2.3- Sondages réalisés
4.3.2.3.1- Emplacement
4.3.2.3.2- Méthode de forage adoptée
4.3.2.3.3- Moyen utilisés par FORESTRAS S.A
4.3.2.3.4- Résultats des sondages
4.3.2.4- Estimation du taux de travail du rocher
4.3.2.5- Interprétation
4.3.2.6- Etat du substratum rocheux d’après les calculs
4.3.2.7- Taux de travail par pile
4.3.2.8- Conclusion
CONCLUSION GENERALE

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