relation entre geometrie des blocs et morphologie de la pente dans

Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l'Ingénieur - JNGG' 2006 Lyon (France)
RELATION ENTRE GEOMETRIE DES BLOCS ET MORPHOLOGIE DE LA
PENTE DANS LE PHENOMENE D’EBOULEMENT ROCHEUX.
KHALED GRINE
Département de Génie Civil, Université Saad Dahleb, Blida, Algérie
Résumé : Des essais réalisés sur des pentes présentant différentes caractéristiques pour
estimer l’influence de la forme et la taille des blocs, le profil et l’angle d’inclinaison des pentes
sur la trajectoire totale des blocs disloqués ont été réalisés. Il en ressort que la trajectoire totale
est plus sensible à la variation de l’angle d’inclinaison et du profil de la pente. L’influence de la
forme et la taille des blocs s’avèrent dans l’ensemble faible.
1. Introduction
Le phénomène d’éboulement rocheux constitue un problème majeur, particulièrement
dans les régions où les axes routiers sont développés à proximité de terrains présentant des
pentes assez raides. Ce phénomène est généralement définit comme étant un détachement de
blocs lâches, isolés, d’une pente naturelle ou excavée. Il engendre généralement un volume de
roches relativement petit. Certains paramètres tels que, la forme et la taille des blocs, la
morphologie et l’angle d’inclinaison de la pente, se sont avérées des facteurs importants
contrôlant la trajectoire totale des blocs détachés, (Ritchie,1963 ; Mark et Biomfield, 1986), et
(Fookes et Weltman,1989).
Dans le but de mieux comprendre l’effet de tels paramètres sur le phénomène
d’éboulement rocheux, une étude expérimentale a été réalisée. Les résultats obtenus sont
représentés et discutés ci-dessous.
2. Théorie et Travaux antérieurs
Le comportement des blocs disloqués ainsi que leur impact sont gouvernés par la loi de
Newton. Ainsi, la rupture conventionnelle d’une pente demande l’identification du mode de
rupture, si une analyse technique appropriée est à utiliser.
(Spang, 1987) et (Spang et Rantenrstrauch, 1988), ont redéfinit l’éboulement rocheux
comme étant un phénomène qui présente les caractéristiques suivantes :
1) L’événement induit un bloc singulier ou un groupe de bloc qui se détache de la face de
la pente rocheuse.
2) Chaque bloc détaché se comporte plus ou moins indépendamment de l’autre.
3) Il y’a une perte temporaire du contact du sol et une grande accélération durant la
descente. Les blocs atteignent une énergie cinétique (KE) durant la descente égale à :
KE = ½ MV2.
En se referant à (Hoek, 1987), à n’importe quel moment donné durant sa chute, un bloc
disloqué peut avoir les types de mouvements suivants: projectile, chute libre, rebondissement,
roulement, glissement ou roulement/glissement. Pour le mode de glissement et de roulement,
la vitesse V d’un bloc de roche qui glisse et roule sur une distance ‘s’ le long d’un plan incliné
d’un angle θ est égale à :
V = (Vo + 2sgk)
Vo : Vitesse initiale de descente.
g : Accélération.
k : est une constante définit par l’angle de la pente θ et l’angle de frottement Φ de la roche.
Pour la plus part des formes de roche rencontrées sur terrain, Hoek conclut que de façon
générale, il est raisonnable d’assumer que le facteur k est égale à sinθ. Pour des pentes ayant
des angles supérieurs à 60o, la valeur de k varie de 0.6 à 1 si le mode de déplacement n’induit
Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse
III - 185
K. Grine
pas de grandes différences dans les vitesses caractéristiques. De plus, dans cette catégorie
de pente, le mode de glissement peut produire des vitesses plus grandes que celles données
par le mode de roulement. Par contre pour des plans ayant un pendage modéré (45o), le mode
de glissement/roulement peut générer, pour des blocs de différentes formes des vitesses de
l’ordre de 50 % à 70% de celles atteintes par le mode chute libre.
La genèse d’un tel phénomène est souvent associée à l’action de facteurs externes ou
internes assistés pour la plus part du temps par les forces de gravité. Les facteurs externes
incluent l’altération chimique de la roche proche de la surface, la variation de température,
l’action du gel, et de l’eau. D’autre part, les facteurs internes peuvent inclure les contraintes
résiduelles dues à l’influence géologique, l’orientation et l’espacement des joints, l’existence
de faille, de plan de stratification et de zone de faiblesse. A cela, s’ajoute la rupture des
aspérités suite à la vibration et à la pression des gazes dégagées durant l’excavation par
l’utilisation de lourde charge, (Brawner et Wyllie, 1976).
L’altération est, spécialement, cruciale quand elle prend place à la périphérie des blocs,
(Ritchie, 1963). Dans le même contexte, (Fookes et Sweeney, 1976), ont rapporté que
l’altération joue un rôle important dans le contrôle de la stabilité des pentes rocheuses.
L’information sur l’altérabilité de la roche est une information principale dans la conception,
pour le contrôle du phénomène d’éboulement rocheux. Concernant l’action de l’eau et du gel,
la présence d’eau peut provoquer le développement de pression, impliquant la diminution de la
stabilité locale ou celle de l’ensemble du massif rocheux. Dans les roches calcaires, la
présence d’eau facilite les processus chimiques comme la dissolution /ou l’oxydation et
l’hydratation de certain minéraux argileux entraînant une perte de résistance de la roche. La
dissolution réduit la liaison mécanique entre les particules ou les blocs de roches. L’oxydation
peut causer la réduction de la résistance intrinsèque du matériau. Les changements chimiques
ainsi que le gel entraînent des augmentations de volume induisant des gonflements,
accélérant ainsi les fracturations dans la roche, (Fookes et Hawkins, 1988). Un joint rempli
d’eau provenant des chutes de pluies ou de fentes des neiges dans des pentes de 30m de
haut peut développer de grande pressions atteignant l’ordre du méga pascal (MPa), dans des
conditions nom drainées, (Peckover et Kerr, 1977).
3. Acquisition des données
Les essais ont été réalisés sur deux sites différents. Sur le premier site, deux pentes ont
été utilisées pour réaliser les tests. Elles sont constituées de roches volcaniques dures
(Dolérites). Sur le second site, les deux pentes étaient constituées de roches plus tendres
(Grés). Au niveau de chaque site, la nature des échantillons de roches est la même que celle
des pentes.
La méthodologie adoptée pour réaliser les essais est comme suit :
1) Evaluation de la topographie, la géologie et les caractéristiques mécaniques de la
roche.
2) Etablissement d’un maillage rectangulaire à la base de la pente dans le but de
déterminer la distance horizontale parcourue par les blocs. Un maillage de 20m de
long parallèle à la pente et 10m de large perpendiculaire à la pente (distance
horizontale) était formé en utilisant des cordes.
3) Sélection des tailles et formes de roche utilisées comme échantillon pour les tests.
4) Poussé des échantillons de roche au-dessus de la pente avec un excavateur.
5) Enregistrement de la trajectoire des blocs en utilisant une camera à la base de la
pente.
6) Enregistrement de la distance horizontale parcourue par chaque bloc en utilisant le
maillage de corde à la base de la pente.
Les caractéristiques des pentes utilisées sont données dans le tableau 1.
III - 186
Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse
JNGG’ 2006 – Lyon
Tableau I. Caractéristiques des pentes
Pente
1
Hauteur (m)
15
Longueur (m)
15.73
Angle (o)
75
2
3
15
16
15
16.89
80
60
4
17
20
60
Condition géologique
Dolérites dur, légèrement altéré à la surface,
rugueuse, pressentant des fractures et des
surfaces concaves, des joints peu ouverts de
3m à 4m de persistance, disposés
parallèlement et parfois de façon oblique par
rapport à la face de la pente. La base de la
pente est composée d’une mixture de roche
et de sol mou.
De même que la pente 1
Grés pressentant un litage, face rugueuse
avec des joints et des fractures disposés
parallèlement et obliquement par rapport à la
face, avec des persistances de l’ordre de 3m
à 5m.
Grés, avec une face lisse dépourvue de
cassure.
4. Présentation et analyse des résultats
1265 échantillons on été utilisés pour réaliser 45 tests dans le premier site et 500 autres
pour réaliser 8 tests dans le second. Les échantillons de roche ont été sélectionnés selon leurs
tailles et leurs formes.
La procédure adoptée pour l’analyse des résultats a été comme suit :
1) Grouper les échantillons de roche dans trois catégories de point de vue taille. Les
trois principales catégories sont : (inférieure à 100mm, entre 100mm et 300mm, entre
300mm et 500mm). Par fois une quatrième catégorie, plus de 500mm est utilisée.
2) Grouper les échantillons de roche pour chaque taille sélectionnée, en trois catégories
de forme. Les catégories de forme sélectionnées sont : arrondies, allongés et aplaties
sur les faces.
3) L’influence de la taille, la forme et de l’angle d’inclinaison de la pente sur la trajectoire
totale parcourue par les roches a été étudiée en projetant sur l’axe des (X) la
distance horizontale parcourue et sur l’axe des (Y) le pourcentage des échantillons
stoppés à la base de la pente.
4.1. Influence de la forme et la taille des échantillons
L’influence des paramètres, forme et taille pour les différentes pentes sont représentés
respectivement sur les figures 1 et 2.
Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse
III - 187
K. Grine
0
Pourcentage des blocs
stoppés
Pourcentage des blocs
stoppés
0
20
40
60
80
0
2
4
6
Distance (m )
8
80
0
2
4
6
Distance (m )
8
10
8
10
8
10
Arrondis < 100 mm
Allongé < 100 mm
Aplatis < 100 mm
(P2)
0
Pourcentage des blocs
stoppés
Pourcentage des blocs
stoppés
0
20
40
60
80
20
40
60
80
100
100
0
2
4
6
Distance (m )
8
10
Arrondis (100-300) mm
Allongé (100-300) mm
Aplatis (100-300) mm
(P1)
0
2
4
6
Distance (m )
Arrondis (100-300) mm
Allongé (100-300) mm
Aplatis (100-300) mm
(P2)
0
0
Pourcentage des blocs
stoppés
Pourcentage des blocs
stoppés
60
10
Arrondis <100 mm
Allongé<100 mm
(P1)
20
40
60
80
100
0
2
4
6
Distance (m )
8
10
20
40
60
80
100
0
2
4
6
Distance (m )
Arrondis(300-500) mm
Allongé (300-500) mm
Aplatis (300-500) mm
Arrondis (300-500) mm
Allongé (300-500) mm
Aplatis (300-500) mm
(P1)
(P2)
0
0
Pourcentage des blocs
stoppés
Pourcentage des blocs
stoppés
40
100
100
20
40
60
80
100
0
(P3)
20
2
4
6
Distance (m )
Arrondis (100-300) mm
Allongé (100-300) mm
Aplatis (100-300) mm
8
10
(P4)
20
40
60
80
100
0
2
4
6
Distance (m )
8
10
Arrondis (100-300) mm
Allongé (100-300) mm
Aplatis (100-300) mm
Figure 1. Influence de la forme des blocs sur la trajectoire totale parcourue.
III - 188
Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse
0
0
Pourcentage des blocs stoppé
Pourcentage des blocs stoppés
JNGG’ 2006 – Lyon
20
40
60
80
100
0
2
4
6
Distance (m )
8
40
60
80
100
4
6
Distance (m )
8
4
6
Distance (m )
8
10
8
10
0
20
40
60
80
100
2
4
6
Distance (m)
Allongé < 100 mm
Allongé (100-300) mm
Allongé (300-500)mm
(P2)
0
Pourcentage des blocs stoppés
Pourcentage des blocs stoppés
2
Arrondis < 100 mm
Arrondis (100-300) mm
Arrondis (300-500) mm
Arrondis > 500 mm
0
0
20
40
60
80
100
0
(P1)
100
10
Allongé < 100 mm
Allongé (100-300) mm
Allongé (300-500) mm
(P1)
80
0
Pourcentage des blocs stoppés
Pourcentage des blocs stoppés
20
2
60
(P2)
0
0
40
10
Arrondis < 100 mm
Arrondis (100-300) mm
Arrondis (300-500) mm
Arrondis > 500 mm
(P1)
20
2
4
6
Distance (m )
8
Aplat is (300-500) mm
Aplat is (100-300) mm
20
40
60
80
100
0
10
2
4
6
8
10
Distance (m)
(P2)
Aplat is < 100 mm
Aplat is (100-300)
Aplat is (300-500) mm
Figure 2. Influence de la taille des blocs sur la trajectoire totale parcourue.
Comme on peut voir sur l’ensemble des figures, le pourcentage de bloc retenu à une
distance donnée de la base de la pente pour l’ensemble des formes des roches n’est pas très
différencié, avec des écarts allant de 1% à 18%. L’ensemble des graphes montre des courbes
plus ou moins superposées, témoignant de la faible influence du paramètre forme sur la
trajectoire parcourue par les blocs de roches.
La même observation peut être faite pour les graphes représentant l’influence du second
paramètre analysé, qui est la taille des blocs. L’ensemble des courbes montre une
superposition similaire à celle observée pour le premier paramètre (forme), avec un écart plus
Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse
III - 189
K. Grine
grand allant d’un minimum de 2% à une valeur maximale de 27% pour certaines tailles
extrême (<100 et >500mm). Certaines tailles, pour des formes données, semblent montrer des
trajectoires plus longues. C’est le cas des échantillons ayant une forme aplatie et ceux avec
une forme arrondie comme le montre la figure 2.
4.2. Influence de l’angle d’inclinaison et du profil de la pente
Les résultats sont représentés respectivement sur les figures 3 et 4.
20
θ= 75o
40
60
θ= 80o
80
100
0
2
4
6
Dis tance (m )
8
20
stoppés
Pourcentage des blocs
0
0
stopés
Pourcentage des blocs
-20
40
θ= 75o
60
θ= 80o
80
100
10
0
2
4
6
Distance (m )
Arrondis < 100 mm
Arrondis < 100 mm
0
40
60
θ= 80o
80
100
20
θ= 75o
stoppés
Pourcentage des blocs
θ = 75o
20
stoppés
Pourcentage des blocs
0
40
60
θ=80o
80
100
0
2
4
6
Dis tance (m )
8
10
0
θ= 75o
8
10
40
60
θ= 80o
80
20
stoppés
Pourcentage des blocs
20
stoppés
4
6
Distance (m )
0
0
Pourcentage des blocs
2
Allongé (100-300) mm
Allongé (100-300) mm
A rrondis (100-300) mm
A rrondis (100-300) mm
θ= 75o
40
60
θ= 80o
80
100
100
0
2
4
6
Dis tance (m )
8
0
10
2
Arrondis (300-500) mm
Arrondis (300-500) mm
4
6
Distance (m )
8
10
Allongé (300-500) mm
Allongé (300-500) mm
-20
0
Pourcentage des blocs
θ= 75o
20
40
60
θ= 80o
80
100
0
2
4
6
Distance (m )
A plat is (100-300) mm
A plat is (100-300) mm
8
10
0
stoppés
-20
stoppés
10
Allongé < 100 mm
Allongé < 100 mm
-20
Pourcentage des blocs
8
20
θ= 75o
40
60
θ= 80o
80
100
0
2
4
6
Dis tance (m )
8
10
Aplat is (300-500) mm
Aplat is (300-500) mm
Figure 3. Influence de l’angle d’inclinaison de la pente sur la trajectoire totale parcourue.
III - 190
Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse
0
20
40
Surface rugueuse
60
80
Surface lisse
100
0
2
Pourcentage des blocs
stoppés
Pourcentage des blocs
stoppés
JNGG’ 2006 – Lyon
0
20
40
Surface rugueuse
60
80
Surface lisse
100
4
6
Distance (m )
8
10
0
Arrondis (100-300) mm
Arrondis (100-300) mm
2
4
6
Distance (m )
8
10
Pourcentage des blocs
stoppés
Allongé (100-300) mm
Allongé (100-300) mm
0
20
Surface rugueuse
40
60
80
Surface lisse
100
0
2
4
6
Distance (m )
8
10
Aplatis (100-300) mm
Aplatis (100-300) mm
Figure 4. Influence du profile de la pente sur la trajectoire totale parcourue.
Contrairement à ce qui été observé dans les deux premiers cas, une superposition des
courbes n’est pas observée. Les courbes présentent entre elles un écart bien défini. Cet écart
peut parfois atteindre 50%. Ceci montre que la trajectoire parcourue par les blocs est plus
sensible au changement de l’angle d’inclinaison de la pente. Les résultas montrent aussi que
plus la pente est redressée, moins est la distance horizontale parcourue.
La figure 4, illustre clairement l’effet du profil de la pente. Comme on peut le voir, sur un
plan rugueux, les échantillons ont tendance à présenter des trajectoires plus longues.
5. Discussion des résultas
Les résultas obtenues dans cette étude montrent que la taille et la forme des blocs ont
une faible influence sur la trajectoire effectuée. L’influence est plus ressentie si on varie l’angle
d’inclinaison de la pente.
D’autre part, certaines formes montrent une tendance à présenter des trajectoires plus
longues par comparaison aux autres. C’est le cas des échantillons aplatis et ceux arrondis
(figure 2). Ce fait est considéré non contradictoire pour les résultats obtenus dans cette étude.
De telles observations pour des blocs aplatis ont été déjà notées dans les travaux réalisés par
(Hoek, 1987). Pour des pentes avec des angles supérieurs à 60o, la vitesse de glissement
peut être plus grande que celle du roulement. De plus Ritchie (1963), a noté que les roches de
grandes dimensions ont des moments plus grands et présentent moins de chance d’être
bloquées entre les irrégularités et, par conséquent, vont voyager plus loin que ceux de petites
dimensions.
Le profil de la pente semble avoir plus d’influence sur la trajectoire des roches. Ceci
confirme l’observation faite par (Fookes et Weltman, 1989), où il a été noté que les pentes
lisses entraînent de courtes trajectoires des blocs.
Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse
III - 191
K. Grine
6. Conclusion
A travers cette étude, il a été possible d’approcher le problème d’éboulement rocheux
par l’étude de l’effet de la forme et la taille des blocs, l’angle et le profil de la pente sur la
trajectoire totale parcourue, en vue de la conception d’un système de défense adéquat.
Suite aux différents résultats obtenus, on peut conclure que:
1) Le problème d’éboulement rocheux est un phénomène complexe faisant intervenir
différents processus tels que l’altération sur toutes ses différentes formes, la structure,
l’état de la roche et les conditions hydrauliques au sein de la pente.
2) La forme et la taille des blocs n’ont pas d’effet sur la trajectoire totale parcourue.
Néanmoins, certaines formes et tailles des blocs semblent montrer un effet sur leur
parcours.
3) La trajectoire des blocs est plus sensible à la variation de l’angle d’inclinaison ainsi
qu’au profil de la pente. .
4) Pour des pentes présentant des hauteurs dans l’intervalle 15m à17m, inclinées de 60o à
70o, la distance totale parcourue par les blocs est estimée à 10m à partir de la base.
Références
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