Les marbres modernes désignent les marbres utilisés dans le monde occidental à partir de la Renaissance et jusqu'à nos jours. Après plusieurs siècles d'utilisation moins intensive du marbre durant le Moyen Âge, de nombreuses carrières sont de nouveau exploitées et de nombreuses autres sont découvertes, depuis environ les XVe et XVIe siècles sous l’impulsion des Médicis souverains de Toscane en Italie, et de Louis XIV en France.
Alors que les « marbres antiques » désignent des roches de composition très variée, les « marbres modernes » listés ici sont en majorité des roches calcaires: des vraies « marbres » au sens géologique moderne (des calcaires métamorphiques entièrement cristallisés) mais aussi d'autres variétés de calcaire dur. Les autres roches polissables, non calcaires, sont moins désignées par le terme de « marbre », on leur préfère souvent leurs noms géologiques modernes pour les différencier: granite, basalte, porphyre, serpentinite, etc, bien que le grand public utilise souvent le terme générique « marbre » pour désigner globalement toute roche ferme polissable.
Matériaux = résultat de l’utilisation et des transformations de la matière.
Propriété = caractéristique correspondant au type et à l’ampleur des réactions d’un matériau exposé à un agent déterminé. Principales propriétés : - Mécaniques : déformation d’un matériau soumis à une force. - Electrique : conductibilité, constante diélectrique. - Thermiques : capacité calorifique, conductibilité thermique,… - Magnétiques - Optiques : indice de réfraction, réflectivité,… - Chimiques : réactivité chimique des matériaux.
Il existe 6 grandes familles : les métaux, les céramiques, les polymères, les composites, les semi-conducteurs et les biomatériaux.
1. Structure atomique et liaisons. (p.4)
Atomes = plus petites particules d’un matériau, lui confèrent ses propriétés particulières. Exemple : l’acier, alliage très résistant mécaniquement et conducteur thermique et électrique, est principalement composé de deux types d’atomes : fer et carbone, contrairement au bois qui est composé de cellulose (contenant elle-même C, H et O) C’est la nature de la liaison interatomique qui détermine les propriétés des matériaux. En plus de former des molécules (ex : polymères), les atomes peuvent former des réseaux cristallins (base de la plupart des matériaux métalliques et céramiques)
1.1 Structure atomique.
1.1.1 L’atome. (= particules de matière correspondant à la division la plus fine)
Cxv Ordre de grandeur du diamètre d’un atome : 2,5*10-10m = 0,25m. p+, n0, e- = particules élémentaires. L’e- a une charge électrique de -1,6.10-19 C. Le p+ : 1,6.10-19 C Nombre atomique Z = nombre de protons (ou d’électrons). Masse du proton = masse neutron = 1,67.10-27kg, masse électron = 9,11.10-31kg. On parle aussi d’unité de masse atomique u = 1,6605.10-27kg (douzième de la masse du carbone 12) Nombre de masse A = somme des masses des protons et des neutrons. Nucléides = espèce possédant le même Z et le même A. Si le A est différent, on parle d’isotopes. Ion = entité chargée produite par l’arrachement ou l’ajout d’un électron à un atome neutre. Ion positif = cation ; Ion négatif = anion.
1.1.2 Structure électronique. (p.6)
Modèle considéré : celui de Bohr : l’énergie des électrons est quantifiée et représentée par des orbites circulaires stables (niveaux d’énergie). Autre modèle : Thomson : les électrons sont dans le noyau, Rutherford : les électrons gravitent autour du noyau, Schrödinger : représentation probabiliste).
Energie quantifiée = énergie qui ne peut varier que de manière discontinue. Si l’e- effectue un saut vers une énergie plus élevée : absorption d’énergie. Si l’e- effectue un saut vers une énergie plus faible : émission d’énergie. Niveaux d’énergie = différents états de l’énergie. En réalité : les e- ne gravitent pas sur des orbitales bien définies, on parle de probabilité, de nuage électronique (modèle de la mécanique ondulatoire)
Energie d’un e-, définie par la taille, la forme, l’orientation spatiale et 4 nombre quantique : • n = la distance moyenne entre l’e- et le noyau = couche (désigné par les lettre K, L, M,…) • l = probabilité de trouver un e- à une distance donnée du noyau varie avec la direction. Pour n donné il existe n valeurs possibles de l = sous-couche (désigné par : s, p, d ou f) • ml = nbre d’état énergétique pour chaque sous-couche, 1 pour s, 3 pour p, 5 pour d et 7 pour f • ms = moment cinétique (spin) (+ 1/2, -1/2 selon l’orientation)
1.1.3 Les configurations électroniques. (p.10)
Energie minimale des électrons = état fondamental. Notions d’atome excité (qui passe d’une couche à une autre) et d’électrons de valence (e- de la couche externe).
1.1.4 Le tableau périodique. (p.11) Disposition en famille : structure électroniques de valence identiques et propriétés chimiques et physique semblables. 7 familles : alcalins, alcalino-terreux, terreux, carbonide, azotide, sulfuride, halogènes, gaz rares ε+ = capacité de céder un ou plusieurs e- de valence pour devenir un cation (gauche du tableau) ε- = capacité d’acquérir un ou plusieurs e- de valence pour devenir un ion négatif, cation (droite) L’ε- augmente de gauche à droite et de bas en haut.
1.2 Liaisons atomiques dans les solides. (p.13) (responsable de la cohésion de la matière) 1.2.1 Liaison covalente. (Entre 1 et 7,3 eV ( )) = Mise en commun d’un ou plusieurs e- (partagés et localisés) entre deux atomes identiques. De forte intensité, solide et directionnelle. Intensité : inversement proportionnelle à la taille de l’atome. Se trouve dans les matériaux non métalliques homogènes. Aboutissent à la formation de cristaux semi-conducteurs, le silicium et le germanium qui forment avec eux-mêmes des liaisons covalentes homopolaires et l’arsenic et le gallium qui forment une liaison covalente hétéropolaire (=> matériaux semi-conducteur)
1.2.2 Liaison ionique. (Entre 2 et 7 eV) (p.15) = Echange d’e- entre des éléments qui possèdent bcp d’e- de valence et d’autres qui en ont peu. Intensité : aussi inversement proportionnelle à la taille des noyaux. Se trouve dans les composés constitués de métaux et de non-métaux. Aussi intense que la liaison covalente mais pas directionnelle. Se trouve principalement dans les matériaux céramiques.
1.2.3 Liaison mixte. (p.16) Lorsque les atomes ne sont pas les mêmes, la différence d’ε- entre les atomes permet d’évaluer la tendance à la formation d’une liaison ionique. Les matériaux peuvent être cristallins, vitreux ou partiellement vitreux et cristallin. Les céramiques telles que les verres sont vitreuses tandis que les vitrocéramiques sont semi-cristallins.
1.2.4 Liaison métallique. (Entre 0,4 et 6 eV) (p.18) = Mise en commun d’ e- délocalisés entre tous les atomes présents. Dans les métaux et dans leurs alliages. Tous les atomes sont considérés comme cations. Liaison : courte, très intense mais pas orientée. (Éléments des colonnes IA et IIIA). Le caractère métallique diminue en allant vers la droite du tableau (prend un caractère de plus en plus covalent)
1.2.5 Liaisons de faible intensité (de V.D.W.). (Entre 0,4.10-3 et 0,5 eV) (p.20) = Liaisons intermoléculaires assurant la cohésion de la matière. Dans les polymères macromoléculaires de synthèse et les élastomères. Possible grâce à la polarisation des molécules covalentes. De très faible intensité. Il y a attraction dipolaire des e-.
1.2.6 Matériaux. Une déformation est parfaitement élastique si le matériau reprend exactement ses dimensions initiales (peut-être considéré comme réversible). Les déformations plastiques (ou permanente) sont le fait que les matériaux ductiles ne retrouvent pas leurs dimensions initiales (matériaux métalliques et les matières thermoplastiques)
1.2.6.1 Matériaux covalents. (p.21) Solides cristallins raides (soumis à contraintes, se déforme peu avant de se rompre. Inverse : ductile) et fragiles (peu d’énergie est nécessaire pour le déformer ou le rompre). Raideur due aux liaisons covalentes → pas de déformation plastique ni permanente. Absence d’e- libre → mauvais conducteurs thermiques et électriques.
le ciment est un liant hydraulique, c’est à dire une poudre minérale qui, mélangée avec de l’eau, forme une pâte qui durcit progressivement. Le ciment est utilisé pour solidariser entre eux des matériaux inertes comme le sable et les gravillons pour la fabrication des mortiers et des bétons.Le ciment est composé essentiellement de clinker (mélange calciné de calcaire et d’argile) associé à d’autres constituants secondaires. Il existe plusieurs types de ciment selon la nature et les proportions des composants. A chaque type correspond une désignation particulière. Ainsi l’appellation « CPA CEM 32,5 » correspond à un Ciment Portland Artificiel dont la résistance à la compression est comprise entre 32,5 et 52,5 Newtons par mm2 (CEM est la dénomination européenne du ciment).Les bétons et ses constituants
■ Le ciment prompt :
ciment spécial dont la prise (solidification de la pâte) s’opère rapidement, en quelques minutes.
■ Le granulat :
terme générique pour désigner l’ensemble des grains minéraux entrant dans la composition des mortierset des bétons. Selon la grosseur des grains on distingue les granulats suivant-s:● Le sable dont les grains ont une dimension inférieure à 5-mm.● Les gravillons ou le gravier (dimension comprise entre 5 et 20-mm).● Les cailloux (dimension comprise entre 20 et 80-mm).
■ L’agrégat:
ancienne appellation du granulat.■ Le tout venant : mélange de granulats de toutes dimensions, utilisé notamment pour la réalisation des blocages en pierres servant d’assise aux dallages.
■ Le béton :
matériau de construction formé par l’association de gravillons, de sable, de ciment et d’eau. Ce mélange est mis en œuvre, à l’état plastique, dans un moule appelé coffrage. Après durcissement, le béton se présente sous la forme d’un élément de construction monolithique très résistant. En faisant varier la nature et les proportions des composants, on obtient des bétons aux propriétés et caractéristiques très diffé- rentes. Dans le langage courant, le dosage d’un béton s’exprime le plus souvent en kilogrammes de ciment par m3 de béton mis en place. Ainsi dans un béton « dosé à 350-kg/m3 » il y a 10 sacs de ciment de 35-kg chacun par m3 de béton. Mais le dosage des autres composants est également important. La masse volumique du béton durci est de 2-400-kg par m3. A titre d’exemple, la figure-1.1 donne les dosages nécessaires à la réalisation d’unbéton armé
Pour calculer les quantités de matériaux qui composent un béton, on multiplie le volume total de béton (en m3) par la quantité de matériaux indiquée sur le tableau ci-dessous. Quantité de matériaux pour 1 m3 de béton mis en place:
Le granulat est constitué d’un ensemble de grains minéraux qui selon sa dimension (comprise entre 0 et 125 mm) se situe dans l’une des 7 familles suivantes : – fillers ; – sablons ; – sables ; – graves ; – gravillons ; – ballast ; – enrochements. Les granulats sont obtenus en exploitant des gisements de sables et de graviers d’origine alluvionnaire terrestre ou marine, en concassant des roches massives (calcaires ou éruptives) ou encore par le recyclage de produits tels que les matériaux de démolition. Leur nature, leur forme et leurs caractéristiques varient en fonction des gisements et des techniques de production. La nature minérale des granulats est un critère fondamental pour son emploi, chaque roche possédant des caractéristiques spécifiques en terme de résistance mécanique, de tenue au gel et des propriétés physico-chimiques. Les granulats les plus usuels pour la fabrication des mortiers et des bétons sont élaborés à partir de roches d’origine alluvionnaire (granulats roulés ou semi-concassés) ou à partir de roches massives (granulats concassés). La taille d’un granulat répond à des critères granulométriques précis. Les granulats sont classés en fonction de leur granularité (distribution dimensionnelle des grains) déterminée par analyse granulométrique à l’aide de tamis. Le granulat est désigné par le couple d/D avec d: dimension inférieure du granulat D: dimension supérieure du granulat
Les granulats d’origine minérale sont utilisés dans tous les domaines de l’Industrie de la Construction lors de la production d’enrobés bitumineux, de béton, de mortier et pour des ouvrages hydrauliques, en tant que matériaux de remblais, ballast de chemin de fer, etc. Une attention particulière est donc portée aux méthodes d’essais des granulats. Les nouvelles Normes EN pour granulats ont été regroupées en cinq thèmes principaux : - Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats - Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats - Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats - Essais pour déterminer les propriétés thermiques et l’altérabilité des granulats - Essais pour déterminer les propriétés chimiques des granulats En général, les nouvelles normes EN correspondent aux Normes Nationales en vigueur et les spécifications des appareils d’essais ne subissent que peu de modifications.
Un modèle à deux bulles vous permettra de contrôler le niveau horizontalement et verticalement.
LE FIL A PLOMB:
Il est parfois pourvu d'une pièce de bois autour de laquelle vous pourrez enrouler la cordelette.
LA TRUELLE:
Son côté biseauté permet de prélever le ciment sur la taloche. Il se trouve à gauche pour les droitiers.
LA TRUELLE A JOINTS:
Avec sa lame fine (de 8 à 12 cm)et plate, elle sert à former et à lisser les joints.
LA PELLE:
Choisissez de préférence une pelle à lame d'acier trempé.
LE METRE:
Il existe des mètres pliants et des mètres-rubans. Ces derniers peuvent être munis d'un bouton de bloquage.
LE MARTEAU DE MACON:
Sa panne vous permettra de couper les briques, à l'aide aussi d'un couteau de briqueteur.
LA MASSE:
Un marteau très robuste pour démolir ou pour tailler dans la brique, ainsi que pour les travaux "lourds".
LA BETONNIERE:
On peut la louer dans le commerce. Elle fonctionne à l'aide d'un moteur électrique alimenté en 220V.
LA BROUETTE:
Tenez compte de son poids une fois chargée, et des voies d'accès au lieu de vos travaux. Les matériaux
LE CHOIX:
Les matériaux de construction se présentent sous des formes très diverses, comme (entre autres) les pavés de béton ou les blocs de béton cellulaire, mais les briques restent le plus fréquemment employées. Elles-mêmes existent aussi sous différents formats et qualités.
LES FORMES:
Une brique pleine est, comme son nom l'indique, entièrement "fermée". Une brique creuse est percée de trous parallèles à sa longueur, qui représentent plus de 40% de son volume total. Ceux d'une brique perforée n'occupent que 15 à 40% du volume total.
LA DURETE DES BRIQUES:
Selon leur dureté, les briques ne peuvent toutes être destinées aux mêmes usages. Choisissez-les en tenant compte de la fonction du mur: portant ou non, conduit intérieur ou extérieur de cheminée, fondations...(dans ce cas, les pavés autobloquants, résistants et étanches, sont tout indiqués.)
UN PEU DE VOCABULAIRE:
Selon sa surface visible une fois maconnée, la brique est dite en galandage (face visible), en boutisse (bout visible) ou en panneresse (chant visible). Les briques peuvent être coupées selon différents formats nommés demi-brique, quart de brique, trois-quarts de briques, chantignole, et mulot.
FORMATS:
Dans le système dit "modulaire", les formats des briques sont basés sur des modules de 10cm, ce qui signifie que chacune de leurs dimensions, augmentée de l'épaisseur d'un joint, égale 10cm ou un multiple de 10cm (par ex., format 19x9x9cm). Il est ainsi facile de calculer le nombre de briques nécessaire. On trouve également d'autres formats dans le commerce, dont les dimensions ne correspondent pas au système modulaire. C'est le cas par exemple des formats "Boerkens", de 18x8.5x6.5cm, et "Rijnvorm", de 18x8.5x5cm, qui sont des modèles fréquemment employés.
Le ciment : exercices 1. Préciser les valeurs en pourcentage en masse des constituants du ciment Portland (CPA-CEMI) 2.Quels sont les composants chimiques du clinker ? 3.Quelle est la température de cuisson du clinker ?
1. Propriétés relevant de la mécanique des roches ............................ 1.1 Propriétés des roches...................................................................... 1.1.1 Identification ................................................................................ 1.1.2 Résistance mécanique des roches ............................................. 1.2 Propriétés des massifs rocheux..................................................... 1.2.1 État de fracturation d’un massif rocheux..................................... 1.2.2 État d’altération d’un massif rocheux ........................................... 1.2.3 Abrasivité ...................................................................................... 1.3 Prévision des conditions d’extraction des massifs rocheux ............ 2. Propriétés relevant de la mécanique des sols ................................. 2.1 Courbe intrinsèque.......................................................................... 2.2 Dilatance......................................................................................... 3. Propriétés géotechniques applicables au terrassement ............... 3.1 Paramètres de nature ..................................................................... 3.1.1 Paramètres de nature retenus dans le GTR................................... 3.1.2 Autres paramètres de nature........................................................ 3.2 Paramètres d’état............................................................................. 3.2.1 Schématisation et définition des paramètres d’état .................... 3.2.2 Paramètres d’état retenus dans le GTR ...................................... 3.3 Paramètres de comportement mécanique ..................................... 3.3.1 Paramètres de comportement mécanique d’un sol..................... 3.3.2 Paramètres de comportement mécanique d’une roche .............
La conception et la réalisation d’ouvrages en terre impliquent la connaissance des propriétés des matériaux naturels qui relèvent de la mécanique des roches et de la mécanique des sols. C’est l’objet des exposés paragraphes 1 et 2 qui présentent l’essentiel des bases théoriques et/ou empiriques ainsi que des règles de référence permettant d’appréhender les propriétés des matériaux et leur comportement sous l’influence de différents facteurs. Dans le troisième paragraphe sont abordées, en complément à ces bases, les propriétés caractéristiques des sols sous l’angle de la géotechnique adaptée aux travaux de terrassement. Des paramètres résultant de la méthodologie appliquée sur le terrain sont introduits dans l’étude des sols. Cette approche constitue le vecteur le plus important pour l’activité du terrassement. Elle permettra de classer les matériaux en fonction de leurs possibilités d’utilisation dans les ouvrages en terre. Ces notions sont décisives au stade de la conception comme au stade de la réalisation.
Dans le cas d’ouvrages comme les barrages en terre, les canaux, les digues fluviales ou portuaires..., des guides ou des prescriptions techniques sont le plus souvent élaborés ou adaptés au cas par cas par les maîtres d’oeuvre concernés. Pour ce qui concerne les infrastructures routières et ferroviaires (par extension et dans certaines conditions), on utilise le guide technique GTR « Réalisation des remblais et des couches de forme ». Il répertorie les différents paramètres qui interviendront dans le classement normalisé des sols. C’est le guide auquel nous nous référerons dans le paragraphe 3. Les essais qui concernent les propriétés et les paramètres sont cités et décrits dans ce dossier. Les propriétés à étudier étant très diverses, les méthodes à mettre en oeuvre pour les repérer sont, de ce fait, très variées. On se reportera dans les paragraphes qui suivent à différents dossiers d’autres rubriques cités et parus dans les Techniques de l’Ingénieur et, plus particulièrement pour ce qui concerne le paragraphe
1.1, au guide technique « Terrassements à l’explosif dans les travaux routiers »
(TETR) édité par le Comité français pour les techniques routières (CFTR).
1. Propriétés relevant
de la mécanique des roches Dans le domaine des roches, il est désormais classique de considérer deux échelles différentes : — celle de la roche, correspondant à quelques décimètres cubes ; c’est l’échelle de l’échantillon et de l’éprouvette soumise aux essais de laboratoire ; — celle du massif rocheux, qui correspond à quelques dizaines de mètres cubes ; c’est l’échelle des travaux de terrassements et des fondations d’ouvrages.
1.1 Propriétés des roches
On se reportera pour plus de détails aux références [1] [2] dans les Techniques de l’Ingénieur.
1.1.1 Identification
La pétrographie classe les roches en trois grands groupes en se fondant essentiellement sur des critères génétiques (tableau 1) : — les roches éruptives proviennent de la solidification du magma ; — les roches sédimentaires sont formées à partir de dépôts d’éléments détritiques chimiques ou biochimiques ; — les roches métamorphiques résultent des modifications subies par les roches éruptives ou sédimentaires lorsqu’elles sont soumises au métamorphisme. Du point de vue mécanique, c’est la distinction entre les formations meubles, les sols et les formations cohérentes, les roches, qui nous intéresse. Nous ne parlerons dans ce paragraphe que de ces dernières. Cependant, dans tous les cas, il convient de désigner une roche d’après la classification pétrographique. Les roches cohérentes sont des solides particulièrement complexes du fait de l’hétérogénéité des constituants et des défauts de structure.
Ce sont des solides polycristallins hétérogènes formés, le plus généralement, de grains appartenant à plusieurs espèces minérales. Les cristaux d’un même minéral peuvent eux-mêmes se différencier par leur état d’altération. Les roches sont également des milieux discontinus ; il existe des vides intergranulaires nommés pores, des défauts planaires soit intracristallins, soit intercristallins appelés fissures. La fissuration, qui joue un rôle considérable dans le comportement mécanique des roches, est la conséquence de l’hétérogénéité de comportement des différents constituants d’une roche. Le volume des vides contenu dans une roche est exprimé par la porosité n : La porosité des roches est très variable ; elle peut atteindre 20 %, voire même 40 %, pour certaines roches sédimentaires comme la craie, alors que, pour les roches éruptives ou métamorphiques non altérées, exception faite de quelques laves, la porosité est inférieure à 1 %. La porosité exprime mal l’état de fissuration d’une roche, car le volume de vides lié aux fissures est très faible. Aussi, il est apparu nécessaire de quantifier, autrement que par la porosité, la densité de discontinuités présentes dans un échantillon de roche. La théorie, comme les mesures expérimentales, montre que la vitesse de propagation des ondes dans un solide est très influencée par la présence de discontinuités. C’est la raison pour laquelle on utilise l’indice de continuité Ic : Le guide technique TETR reprend ces notions et fait état de la relation établie de manière expérimentale représentée sur le graphique de la figure 1. La connaissance de l’indice de continuité et de la porosité d’une roche permet donc de caractériser son état de fissuration. Les roches sont souvent anisotropes : l’anisotropie peut être due à des orientations préférentielles de certaines espèces minérales ou de fissures. La mesure de la vitesse de propagation des ondes dans différentes directions permet également de caractériser l’anisotropie d’une roche. 1.1.2 Résistance mécanique des roches Dans le domaine des contraintes usuelles, les roches ont un comportement fragile. C’est seulement dans des conditions de température et de pression élevées que les roches peuvent montrer une certaine ductilité. Depuis les travaux de Griffith, il est bien établi que la rupture fragile est l’aboutissement du développement de fissures dans le solide. Il dépend des conditions opératoires que la propagation de la fissure puisse être ou non contrôlée. Le plus souvent, la résistance d’une roche est donnée par la résistance maximale obtenue dans un essai de traction ou dans un essai de compression simple. ■ La résistance en traction des roches est beaucoup plus faible que la résistance en compression ; cette propriété est mise à profit dans toutes les opérations de cassage et de fragmentation des roches. L’essai de traction le plus couramment utilisé est un essai indirect, l’essai brésilien. Le plan de rupture sur lequel s’exercent les contraintes de traction est le plan diamétral de l’éprouvette. Nous donnons ci-après quelques fourchettes de résistance en traction σt de roches, mesurée par l’essai brésilien : • Calcaires.........................................................................1 à 15 MPa • Granites........................................................................10 à 20 MPa • Basaltes........................................................................15 à 35 MPa On peut établir un classement des roches suivant leur résistance en traction comme suit : • σt > 30 MPa .................................Résistance en traction très forte • 10 MPa < σt < 30 MPa........................ Résistance en traction forte • 5 MPa < σt < 10 MPa.................. Résistance en traction moyenne • 2 MPa < σt < 5 MPa.......................... Résistance en traction faible • σt < 2 MPa .................................. Résistance en traction très faible Sur le chantier, il est possible de caractériser la roche par un essai très rapide pouvant s’effectuer sur des carottes ou, même, sur des morceaux irréguliers. C’est l’essai sous charge ponctuelle. ■ Mais la caractéristique mécanique la plus universellement utilisée pour les roches est la résistance en compression simple σ. Elle se mesure sur une éprouvette cylindrique d’élancement 2. La résistance en compression simple est le paramètre de base de la plupart des classifications proposées en mécanique des roches. Les intervalles et les termes utilisés dans la classification de base de la Société internationale de Mécanique des roches sont donnés dans le tableau 2 et repris dans le guide TETR avec l’indication des classes de résistances proposées par l’AFTES (Association française des travaux en souterrain). 1.2 Propriétés des massifs rocheux On se rapportera aux dossiers [1] [2] [3] des Techniques de l’Ingénieur. Les caractéristiques mécaniques des roches mesurées sur échantillons sont généralement élevées, et très supérieures à celles des massifs rocheux. Cette différence s’explique par la présence de surfaces de discontinuités. Le terme général de discontinuité recouvre des surfaces d’origines très diverses : — les plans de stratification des formations sédimentaires (calcaires, grès, marnes, pélites, etc.), qui ont une grande continuité spatiale ; — les plans de schistosité de certaines roches métamorphiques (schistes, ardoises) ; — les failles qui résultent d’une rupture par cisaillement avec déplacement relatif des épontes ; — les diaclases dont l’origine est plus controversée, mais qui sont présentes dans pratiquement toutes les masses rocheuses ; — les joints de retrait dus à un refroidissement rapide de laves ; on peut particulièrement les observer dans les coulées basaltiques. L’étude structurale d’un massif rocheux consiste à hiérarchiser entre elles ces différentes familles, en distinguant les accidents majeurs isolés (failles) d’éléments répétitifs (plan de stratification, diaclases). Pour chaque famille on s’efforce d’indiquer : — l’orientation des surfaces (en indiquant l’azimuth et le pendage) ; — leur extension ; — l’état des épontes (planéité, rugosité, imbrication) ; — l’existence et la nature du remplissage (remplissage bréchique, calciteux, argileux, etc.). L’orientation des différentes surfaces de discontinuités est représentée sur un diagramme polaire en faisant une projection stéréographique. On peut classer les massifs rocheux suivant le nombre de familles de discontinuités : — massif avec très peu de discontinuités aléatoirement réparties ; — massif avec une famille de discontinuités, avec ou sans discontinuités aléatoires (massif stratifié par exemple) ; — massif avec deux familles de discontinuités, avec ou sans discontinuités aléatoires ; — massif avec trois familles de discontinuités ; — massif très fracturé avec de nombreuses discontinuités plus ou moins groupées en plus de trois familles. 1.2.1 État de fracturation d’un massif rocheux L’étude complète de la structure d’un massif rocheux est souvent très longue et très difficile ; aussi utilise-t-on fréquemment des indices que l’on peut déterminer à partir de forages ou sur affleurements, et qui permettent de caractériser l’état de fracturation d’un massif. ■ L’indice le plus répandu actuellement est le RQD (Rock Quality Designation). Il se détermine par la longueur cumulée des éléments de carottes supérieurs à 10 cm de long par rapport à la longueur L de sondage considérée. Il est exprimé en pour cent : À partir de ce seul indice, Don Deere propose la classification suivante : • RQD > 90 %................... État de fracturation du massif très faible • 75 % < RQD < 90 % .............État de fracturation du massif faible • 50 % < RQD < 75 % .......... État de fracturation du massif moyen • 25 % < RQD < 50 % ................ État de fracturation du massif fort • RQD < 25 %...................... État de fracturation du massif très fort L’indice RQD apparaît souvent insuffisant, aussi la Société internationale de Mécanique des roches recommande-t-elle l’utilisation de l’espacement moyen des discontinuités. Le guide technique « Terrassements à l’explosif dans les travaux routiers » utilise la notion de densité. ■ La densité de discontinuités dans le massif est souvent quantifiée par l’intervalle de discontinuités ID mesuré suivant une ligne (un sondage carotté, une ficelle tendue sur une paroi rocheuse...) et défini comme l’intervalle moyen entre deux discontinuités successives. Il est calculé sur une base glissante L (plusieurs mètres en général), ou pour chaque unité homogène reconnue. Il est conseillé d’utiliser les classes suivantes de l’intervalle ID, proposées par l’AFTES (tableau 3). 1.2.2 État d’altération d’un massif rocheux Les processus d’altération des roches sont extrêmement divers. Suivant leur intensité, la roche peut présenter tous les états intermédiaires entre une roche saine et un sol résiduel, par exemple les arènes granitiques. Le plus souvent, l’altération progresse par les surfaces de discontinuités. La description de l’état d’altération peut se faire à partir de la classification donnée dans le tableau 4. 1.2.3 Abrasivité L’essai selon la norme XP P 18-579, qui se pratique sur un granulat de 4 à 6,3 mm, permet de quantifier la capacité d’une roche à user les pièces métalliques : cette caractéristique est donc importante pour les phases de foration et de reprise des matériaux abattus après le tir. Selon cet essai, les calcaires purs ont une abrasivité voisine de 0 (la calcite n’est pas un minéral abrasif) ; à l’opposé, les roches siliceuses compactes telles que les quartzites ont une abrasivité qui peut dépasser 2 000 (tableau 5 1.3 Prévision des conditions d’extraction des massifs rocheux Il est important, pour les travaux de terrassement, de prévoir les conditions d’excavation des déblais. Nous y reviendrons de façon détaillée dans la sous-rubrique « Matériel et Exécution » . Rappelons à ce stade que les principales méthodes d’extraction sont : — l’utilisation d’explosifs avec la foration de trous de mines ; — le défoncement avec des tracteurs puissants ; les plus puissants dépassent 500 ch ( ≈ 370 kW) ; — l’utilisation de pelles. Ces deux dernières méthodes ne peuvent être utilisées que si les roches ne sont pas trop dures et le massif trop compact. La prévision des conditions d’extraction des massifs rocheux est généralement faite par l’une ou la combinaison des méthodes suivantes : — mesure de la vitesse de propagation des ondes longitudinales dans le massif ; — indications sur les caractéristiques de la roche (indice de continuité) et sur l’état de fracturation du massif ; — sondages carottés (onéreux) ; — sondages destructifs dans lesquels on fait des diagraphies des vitesses sismiques ; — carottages soniques. En conclusion, nous donnons simplement dans le tableau 6 les indications sur les prévisions d’extraction fournies par les vitesses de propagation des ondes longitudinales obtenues par des essais de diagraphies sismiques. La figure 2 représente une allure de l’accroiss ement de difficulté en fonction de la vitesse du son, suivant la puissance du tracteur qui porte la dent de rippage.
