METHODES DE CALCUL DE STABILITE DE TALUS DANS LES MASSIFS ROCHEUX

Dans les massifs rocheux, les ruptures se développent surtout au niveau des discontinuités, qui présentent des caractéristiques mécaniques plus faibles que celles de la matrice rocheuse, provoquant ainsi des glissements d’une ou plusieurs entités rocheuses suivant un ou plusieurs plans de fractures. Mais il est rare qu’une rupture se produise sans que la matrice rocheuse elle même ne soit sollicitée par rupture d’un certains nombre de ponts rocheux jouant un rôle de relais entre différentes fractures. Démuni d’un outil de détection de ces ponts rocheux et devant la complexité qu’ils posent au niveau de leur représentation mécanique et du calcul mathématique, on suppose que la rupture se produit uniquement au niveau des joints rocheux. Les méthodes de calcul de stabilité de talus se regroupent en deux familles : celles basées sur l’analyse des forces en situation d’équilibre limite d’un volume donné du massif et celles basées sur le calcul en déformation en analysant sa distribution dans le massif. On distingue principalement pour la première famille les méthodes dites statiques et la méthode des blocs clés, et pour la deuxième famille la méthode des éléments finis et la méthode des éléments distincts.

Méthodes de calcul classiques

Ces méthodes ne traitent pas les blocs rocheux individuellement, ni leurs interactions mutuelles, elles étudient un volume du massif limité par les plans d’excavation et les plans des discontinuités. Elles sont basées sur l’analyse des conditions d’équilibre limite des systèmes étudiés en supposant que les surfaces de ruptures sont connues à l’avance. Si l’on suppose que la rupture se produit uniquement le long des fractures, alors les surfaces de rupture ne dépendront que du réseau de fracturation du massif. En fonction de ce dernier, un ou plusieurs mécanismes de rupture cinématiquement possibles sont déterminés. L’évaluation du bilan des forces ou moments conduit à un calcul de facteur de sécurité. Hoek et Bray (1981) ont dénombré un certains nombre de mécanismes élémentaires de rupture qui peuvent résulter des différentes combinaisons des familles de fractures existant dans le massif. Ces mécanismes de rupture sont les plus simples qu’on peut rencontrer, mais dans la plupart des cas, la rupture est plus complexe, suivant la distribution du réseau de discontinuités dans le massif. – La rupture en basculement : elle se produit dans un massif présentant deux familles de discontinuités ayant la même orientation que celle du talus, et dont l’une d’elles a un pendage inférieur et de même sens que celui du talus, et l’autre famille possède un pendage opposé à celui du talus. Dans ce cas les familles subdivisent le massif en des blocs qui seront susceptibles de basculer (rotation).

Une rupture dans un talus a lieu si les configurations géométriques du talus et des discontinuités le permettent. Ainsi on parle de risque de rupture si ces configurations conduisent à une rupture cinématiquement possible. La détection des risques de ruptures pour un mécanisme élémentaire de rupture donné est basée sur la comparaison des angles des différentes discontinuités et du talus. L’utilisation des diagrammes de projection stéréographique . permet de mettre en évidence les configurations géométriques favorables à une^x;^*-_¿u -, rupture suivant un mécanisme donné (fig.2.1). Les forces sont groupées en forces motrices et forces résistantes. Les forces motrices résultant du poids du volume rocheux susceptible de glisser, des pressions hydrauliques et éventuellement de toutes les forces extérieures agissant sur le talus (forces de surcharges sur la crête de talus,…) Les forces résistantes se développent dans le sens opposé du glissement et uniquement sur les surfaces de glissement. Elles sont calculées suivant le critère de rupture adopté. Il peut s’y rajouter les forces d’ancrage mécanique. Le critère de rupture le plus souvent utilisé est celui de Mohr-Coulomb liant contrainte normale et contrainte tangentielle aux caractéristiques de la surface de glissement : Le réseau de discontinuités divise le massif rocheux en un ensemble de blocs. La création d’une excavation dans le massif expose sur la surface libre un nombre de blocs dont certains par leur géométrie sont susceptibles de se déplacer vers le vide et peuvent entraîner la chute d’une partie ou la totalité de l’ensemble des blocs du massif (fig.2.2). Si ces blocs sont fixés d’une manière ou d’une autre, le massif sera stable. Ces blocs sont alors les clés de la stabilité, ils sont appelés « blocs clés ».