Effondrement de cavités souterraines et interaction avec les ouvrages en surface : approche expérimentale sur modèle analogique bidimensionnel

Matthieu Caudron (1, 2) , Philippe Mathieu (2) , Fabrice Emeriault (2) , Marwan Al Heib (1)

1 INERIS - Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques
2 LGCIE - Laboratoire de Génie Civil et d'Ingénierie Environnementale

Les affaissements de terrain de grande ampleur résultent de l‘effondrement de cavités souterraines issues de l‘activité industrielle humaine (mines ou carrières) ou formées naturellement par la circulation d‘eau dans des massifs de roches solubles (calcaire, gypse). Leur impact sur le bâti existant en surface est généralement très important comme en attestent les exemples récents des affaissements d‘Auboué (1996), de Moutiers (1997) et de Roncourt (1999) qui ont endommagé plus de cinq cents bâtiments et ouvrages et le fontis sur le chantier METEOR en 2003. Il est donc nécessaire de prévoir les mouvements du sol de surface (tassements et déformation horizontale) résultants de ces phénomènes et surtout de déterminer l‘influence que peut avoir la présence d‘une ou plusieurs structures en surface sur la forme et l‘amplitude de ces mouvements. La pratique actuelle en matière de prévision des effets sur les structures consiste à déterminer les mouvements provoqués par l‘effondrement de la cavité en l‘absence de structure puis d‘utiliser ces résultats pour vérifier la capacité de la structure à résister au phénomène. Il s‘avère que cette approche peut sous-estimer ou surestimer largement les sollicitations engendrées, ce qui dans les deux cas a des impacts négatifs (risque subsistant pour la structure dans un cas, surcoût de projet dans l‘autre cas). La problématique de l‘interaction sol-structure est abordée dans la présente communication par une étude expérimentale de laboratoire utilisant le matériau analogique bidimensionnel de Schneebeli. Le massif de sol de grande dimension (2m de largeur pour 1m de hauteur) permet de représenter des situations classiques d‘affaissement avec un facteur d‘échelle de l‘ordre de 1/10 à 1/50. Une maquette de bâtiment mise en place à la surface de ce massif, bien que nécessairement très simplifiée et ne respectant pas complètement les règles de similitude en terme de rigidité par exemple, permet néanmoins de faire une évaluation qualitative de l‘impact de la présence d‘une structure en surface. Les différentes expériences réalisées sont analysées du point de vue des déplacements induits dans le massif de sol et la structure au fur et à mesure du développement de l‘affaissement. Le traitement de la série d‘images numériques prises au cours de l‘expérience se fait par une technique de corrélation directe (précision de la mesure de l‘ordre du 1/100 de pixel). Même si l‘ensemble du champ de déplacement est ainsi accessible, les résultats obtenus sont également traduits sous la forme retenue par Peck pour la représentation des tassements induits par le creusement de tunnels circulaires en site non bâti. Deux campagnes expérimentales sont présentées. Dans la première, un effondrement localisé est simulé par une perte de volume de sol progressive. Dans la deuxième, l‘effondrement progressif d‘une galerie est représenté. Les deux séries d‘expériences comportent chacune des essais sans structure ainsi que des essais avec le modèle de structure en surface. Elles seront analysées du point de vue des mouvements induits dans le massif de sol et l‘applicabilité de l‘approche de Peck au cas de cavités non circulaires sera discutée.

Mots clés: modèle réduit physique; affaissement; interaction sol-structure; approche empirique

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

Matthieu Caudron, Philippe Mathieu, Fabrice Emeriault, Marwan Al Heib. Effondrement de cavités souterraines et interaction avec les ouvrages en surface : approche expérimentale sur modèle analogique bidimensionnel. Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l'Ingénieur, 2004, Lille, France. pp.435-442. ⟨ineris-00145382⟩