RENFORCEMENT DES MASSIFS ROCHEUX

 Introduction

Pour rendre stable un ouvrage dans un massif rocheux, plusieurs conceptions et techniques ont été mises en oeuvre, notamment les murs de soutènement de talus, les cintres dans les galeries souterraines, le renforcement par boulons ou par câbles cimentés, le drainage des nappes influençant la stabilité, etc.. Dans les mines à ciel ouvert le renforcement par des tirants d’ancrage, des câbles cimentés ou des boulons, est souvent une solution adéquate. L’utilisation du renforcement dans une mine est soit systématique, prévu dans l’analyse technico-économique de la mine, soit local ou imprévu. D existe deux techniques de renforcement par ancrages des massifs rocheux : – le renforcement par des ancrages actifs ou précontraints. – le renforcement par des ancrages passifs scellés dans le massif. Le principe de dimensionnement des renforcements d’une masse rocheuse instable se fait soit par des méthodes de calcul à la rupture, soit par des méthodes de calcul en déformation. Suivant le type de renforcement choisi on cherche soit à calculer l’effort supplémentaire nécessaire pour stabiliser la masse instable, soit à déterminer le type d’armature qui permet de limiter la déformation du massif.

Techniques de renforcement par ancrages

Renforcement par ancrages actifs

Le renforcement par ancrages actifs est réalisé par des câbles ou des tirants qui sont mis en tension créant ainsi une force qui vient retenir la masse instable. Ce renforcement augmente le confinement des surfaces de ruptures ainsi que leurs résistances au cisaillement. Les ancrages actifs travaillent uniquement en traction. Un ancrage actif se compose de (fig.3.1) : – la zone d’ancrage ou de scellement : où le tirant est ancré (ou scellé) au terrain. La longueur du scellement dépend de la résistance à l’arrachement de l’ancrage du ciment. Souvent le ciment est remplacé par de la résine qui présente un forte adhérence sur l’ancrage et le terrain ancré. – la longueur libre de l’ancrage : elle est fonction du volume rocheux susceptible de glisser. – la tête d’ancrage qui comporte une plaque d’appui et la tête de serrage. Souvent on intercale entre le massif et la plaque d’appui ce qu’on appelle un massif d’appui. Les tirants sont mis en tension jusqu’à leur tension admissible de service Ta, égale à 0.75-Te pour les ancrages provisoires, Te étant la limite élastique du tirant. Pour des ancrages permanents, la tension admissible conseillée ne doit pas dépasser 0.6-Te. Il est recommandé que les tirants soient mis en tension d’épreuve. Effectuée par paliers successifs, elle doit être de 1.2-Ta pour des tirants provisoires, et de 1.3-Ta pour des tirants permanents.

Renforcement par ancrages passifs 

Par un ancrage passif, dit aussi ancrage réparti, on entend toute armature scellée dans le massif sur toute sa longueur sans qu’elle soit mise en tension. Elle travaille en déformation et uniquement si elle est sollicitée par la déformation du massif. Le but de ce type d’ancrage est de renforcer la faible capacité mécanique des surfaces de ruptures. L’ancrage passif peut travailler en traction, en compression, en cisaillement, en flexion et en torsion, ce qui complique son étude et son dimensionnement. La réalisation d’un ancrage passif se fait par le forage d’un trou d’une longueur qui dépasse la zone à renforcer, puis on fait glisser une armature dans le trou de forage et ensuite on fait couler du ciment ou de la résine pour sceller l’armature à la roche (fig.3.2). 3. Comportement d’un joint renforcé par ancrage passif : Pour bien comprendre le mécanisme de travail des ancrages dans un massif rocheux, on a étudié le comportement mécanique d’un joint renforcé par un ancrage et la contribution de celui-ci sur la résistance du joint, notamment par Bjustrom (1974), Azuar (1977), Azuar et al. (1979), Egger (1987),… Souvent les types d’essais réalisés sont des essais de traction ou d’arrachement sur l’ancrage et des essais de cisaillement direct sur les joints renforcés.

Ancrage passif sollicité en traction 

Les essais, au laboratoire, réalisés sur une armature scellée sur toute sa longueur, sollicitée par un effort normal, montrent que : – lorsque l’effort normal augmente, un descellement progressif de l’armature apparaît et se propage le long de l’armature, ceci jusqu’à la rupture de l’armature si le scellement est solide, sinon jusqu’au descellement total de l’armature (fig.3.3). – la distribution de la contrainte de cisaillement au contact armature scellement décroit avec la distance au plan du joint suivant une loi exponentielle (Farmer 1975), ceci tant que l’armature reste dans le domaine élastique.

Armature passive sollicitée en cisaillement 

Le fonctionnement d’une armature sollicitée par un effort de cisaillement au plan du joint est beaucoup plus complexe. Les résultats des essais au laboratoire ou in-situ montrent que le comportement en cisaillement d’une armature scellée dans un joint rocheux dépend essentiellement de la qualité du scellement et de l’inclinaison de l’armature par rapport au plan du joint. Un ancrage incliné par rapport au plan de cisaillement est plus efficace qu’un ancrage perpendiculaire (fig.3.4).