Étude de stabilité de fontis au toit des carrières souterraines et traitements apportés aux conséquences induites en surface

Stability studies of sinkholes occuring at the roof of underground careers and treatments bring to consequences induced at the surface

• Auteur / Autrice : Atallah Abbass Fayad
• Direction : Jack-Pierre Piguet, Marwan Al-Heib
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil, hydrosystèmes, géotechnique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prévision

Modèles mathématiques

Subsidences (géologie)

Résumé

Les effondrements localisés «fontis » peuvent être à l'origine de dommages plus ou moins importants en fonction de leurs dimensions, de la nature des terrains dans lesquels ils se produisent et de l'occupation du sol. Leur prévision s'appuie souvent sur des règles de l'art et le retour d'expérience. L'objectif du travail consiste à élaborer une méthodologie de prédiction des risques de fontis, à étudier l'influence-de paramètres associés à ce phénomène et enfin à estimer les mouvements induits afin d'apporter le traitement convenable aux structures affectées en surface. Pour ce faire, il convient d'étudier les mécanismes de rupture, l'évolution des processus de ruine ainsi que les sollicitations réelles s'exerçant sur les ouvrages en surface. La méthodologie proposée s'agit d'une approche mixte s'appuyant sur trois outils : observations, méthodes analytiques et méthodes numériques. Elle s'intéresse au comportement élasto-plastique non-linéaire et à l'étude de propagation des fractures induites. La prise en compte de ces deux choix concerne les deux méthodes numérique et analytique. La prédiction pourrait cependant s'effectuer selon un code analytique « PRF2P » développée et, dans certains cas complexes (failles, eau, effet dynamique, fractures initiales naturelles. . . ), selon une approche numérique qui sera indispensable car elle permet d'en tenir compte. L'approche analytique consiste à représenter les bancs du recouvrement comme des poutres encastrées sur des bords compressibles. Le calcul des sollicitations tient compte de la troisième dimension (dalles), des contraintes verticale et horizontale, de la compressibilité des parements et du décollement entre les bancs. L'auto-comblement par foisonnement est lui aussi intégré avec quelque développement pour tenir compte de la troisième dimension. La création des fractures induites et le calcul de leur propagation possible, selon les deux approches, se basent sur des mécanismes de ruptures observés (flexion, cisaillement et/ou autres), pour que les résultats correspondent à une réalité physique afin de prédire le phénomène de fontis. L'approche numérique est également proposée pour réaliser un diagnostic de la stabilité du recouvrement et de la formation de fontis et prévoir la forme des mouvements induits en surface et aux structures affectées. Elle permet de contribuer au développement de l'approche analytique et d'améliorer ses résultats en les comparant aux résultats numériques. Une courbe de correction, concernant le calcul de la rigidité des appuis, a été réalisée où le calcul analytique n'était pas apte d'en tenir bien compte. La faisabilité de la méthodologie a été réalisée sur deux cas réels (Malakoff: carrière de calcaire grossier du Bassin Parisien et cas de Grozon : carrière de gypse de Jura). La comparaison entre les résultats obtenus et les observations in-situ était très satisfaisante. De ce fait, on peut conseiller d'utiliser cette méthodologie, en particulier le code analytique, pour une prédiction pratique des risques de fontis.

The objective of the thesis is to improve the methods used to forecast of the sinkhole risk We studied the mechanisms as well as the evolution of the collapse processes the covering. Work based on the analysis of the well documented cases. A pragmatic and operational methodology was developed, to predict the risk of subsidence. It includes: 1. A numerical approach reserved for complex or exposed cases (including presence of major works, faults, water, seismity or dynamic heads). It is also recommended to improve the analytical method; 2. An analytical approach improved based on the theory of beams, able to take into account the elastoplastic behaviour of the recovery, the faults propgations, stifness and the bedding plane opening A parametric studies were led to analyse the failure according to the density of beds at the roof, the mechanical properties, the state of stress and the rigidity of the worked seam, etc.