GEOLOGIE APPLIQUEE AU GENIE CIVIL

Sortie en Normandie le mardi 13 décembre 2011

 

OBJECTIF

 

L’objectif  de cette journée est de sensibiliser les élèves-ingénieurs de l’ESTP :

 

1)     aux problèmes géologiques liés aux fondations de grands ouvrages, le Pont de Normandie et le Pont de Tancarville

2)     à la pénurie de réserve en granulats en allant visiter une exploitation de granulats marins à Gonfreville l’Orcher près du Havre.

3)     aux problèmes des risques naturels liés aux mouvements de terrain en allant visiter les glissements de Villerville

 

PROGRAMME

 

Départ de Paris en direction du Havre. Pont suspendu de Tancarville

Visite commentée du Pont à haubans de Normandie à l’aire de péage (côté Le Havre) et traversée en car entre le Havre et Honfleur.

Visite de l’exploitation MBS de granulats marins et d’une station de recyclage des MIOM) située à Gonfreville l’Orcher près du Havre. A l’issue de la visite un buffet campagnard sera offert par Eurovia.

Visite des glissements de terrain argileux de Villerville : morphologie des glissements au niveau du Cirque des Graves, désordre dans les ouvrages et au niveau de la Départementale 513, prévention des risques.

 

ORGANISATION PRATIQUE

 

Départ le mardi 13 décembre à 6h45 précises devant l’entrée du Campus de Cachan (attention, pour le bon déroulement les retardataires ne pourront être attendus sous aucun prétexte).

Retour prévu au même lieu vers 19h selon les conditions de circulation.

 

Un buffet campagnard sera offert le midi par Eurovia à la carrière de Gonfreville l’Orcher

 

Il est conseillé de se munir de chaussures de marche et de vêtements chauds et imperméables. Prévoir une paire de chaussure de rechange pour le car, les gilets retroréfléchissants pour les marches en bordure de route fournis par l’école.

 

Un rapport de visite devra être remis obligatoirement par les élèves participants pour début janvier au plus tard. Sa notation sera prise en compte en bonus pour la note de géologie des applications. Il est conseillé de se munir d’un appareil photo pour illustrer le compte rendu de visite.

Un livret-guide sera distribué aux participants au début de la journée.

 Eléments de correction pour la composition  de janvier 2011

I - Question de cours (8 points)

 

Eléments de réponse

En introduction il était bon de faire ressortir l'indispensable rôle de la géologie en BTP pour controler la nature du sous-sol,  les propriétés des matériaux de construction (granulats...) , les mouvements de terrain. 

  

Divers plans pouvaient être utilisés:

Problèmes géologiques liés aux fondations

Problèmes géologiques liés aux propriétés des matériaux

Problèmes géologiques liés aux mouvements de terrain

 

On pouvait aussi passer en revue les différents matériaux du sous-sol posant problème en illustrant chaque cas avec des exemples concrets. 

  

Roches métamorphiques

 

Il était bon de rappeler la formation des roches métamorphiques (transformation à l’état solide sous l’effet d’augmentation de température et de pression avec contraintes tangentielles dominantes) et les structures caractéristiques : litage perpendiculaire aux contraintes dominantes d’où plan de rupture nombreux et faciles, schistosité (plan de ruptures formé par les micas), foliation (alignement des minéraux de quartz, feldspaths, micas).

A partir d’une argile : schiste, micaschiste, gneiss, migmatite 

Instabilité particulière aux falaises schisteuses : casses schisteuses, débit en plaquettes  

Instabilité de falaises en montagne (Séchilienne, La Clapière, Randa, Moutiers),

Instabilité des côtes schisteuses (Cancale, Collioure)

Faible résistance mécanique : rupture du barrage de Malpasset dans des micaschistes faillés de la vallée du Reyran

Roches sédimentaires

Argiles
Rappeler la structure des argiles et leur caractère imperméable
Le retrait-gonflement en fonction du climat et des plantations et les problèmes engendrés pour les constructions (fissuration de pavillons en région parisienne)(schéma)
La liquéfaction des argiles ou la défloculation pouvant entraîner des coulées de boue et des glissements de terrain (falaises normandes de Villerville)

Gypse (SO4CA, 2H2O) et anhydrite SO4Ca 
Très sensible à la dissolution (2,5g par litre) donc présence de vides (entonnoirs de dissolution, fontis)(Bargemon, Guatemala City, chantier Eole près de la gare du Nord, tassement de voirie en région parisienne)
Anhydrite sensible au gonflement (60%) par hydratation en gypse, problèmes dans les tunnels, danger comme granulats (exemple de la station de Valmeinier en Maurienne dont le béton contenait des granulats à béton avec de l'anhydrite provenant des déblais de la galerie de reconnaissance du tunnel Lyon-Turin).
 

Calcaire (CaCO3) et dolomie [CaMg(CO3)2]

 Roche possédant des diaclases et solubles (Karst avec gouffres, scialets, rivières souterraines et en surface dolines, lapiaz )(schéma) (exemples Causses, Vercors, tunnel de l'Escalette, Winter Park)
Pour la dolomie le danger d'éboulement (relief ruiniforme, chicots rocheux)(falaise de Barjac en Lozère) et son danger en granulat à béton.
Pour le calcaire diaclasé (éboulement des gorges de la Bourne) ou pour la craie (éboulements de falaises au niveau d'Ault).

 

 

Autres matériaux géologiques

Roches meubles et formations superficielles
Rapidement on pouvait évoquer les problèmes de tassement du sable (Mexico) et des alluvions modernes (fondations du Pont de Normandie ou ancrage des cables de la rive gauche du Pont de Tancarville), formations glaciaires du téléphérique Vanoise Express, du limon des plateaux en région parisienne (traitement par chaulage), de la tourbe très compressible, l'instabilité des éboulis sur les pentes.La pyrite de fer (FeS2) et son oxydation (réaction exothermique) provoquant en présence de lignite (roche carbonée) un danger d'inflammation spontanée (tunnel du périphérique dans la traversée du Bois de Boulogne).

NB : l'exploitation des matériaux en carrières était hors sujet (hs)

II – Exercice 1 (4 points)

Le document annexe 1 était extrait du poly d'applications de géologie et correspondait à une coupe d'une carrière souterraine de calcaire grossier exploitée par hagues et bourrages avec pilier à bras et un pilier tourné à l'entrée de la galerie.

 

1) La méthode consiste à exploiter tout une dalle calcaire et donc à mettre des piliers de soutènement (piliers à bras) au fur et à mesure de l'avançée de l'exploitation.

 

2) Ce type de méthode concerne uniquement les exploitations de calcaire grossier en région parisienne et principalement au sud de Paris et à Cachan.

 

3) Le risque est lié aux remontées de vides depuis la carrière (fontis) et peut être détecté par l'examen des cartes de l'IGC ou par sondages.

 

4) Sur le campus de Cachan : 

 

a) Réaliser des piliers en maçonneries dans les galeries comme sous le bât "Recherches" ou sous le chantier actuel.

b) Ceinturer les galeries par des murets en maçonnerie pour réaliser depuis la surface une injection avec un coulis de ciment en évitant les fuites à travers les hagues comme cela a été le cas sous le bâtiment "Recherches" 
c)  Forer des pieux (sondage carotté de grand diamètre) et couler du béton jusqu'à la base de la galerie inférieure  comme pour le batiment L.

    

  

III – Exercice 2 (4 points) (réponse au verso de l’annexe 2)

A partir de l’extrait de carte hydrogéologique du document annexe 2 :

1)    Construisez sur le document annexe 2 les logs de sondages piézométriques passant par les points A et B.

2)    Calculez la profondeur et l’épaisseur de la nappe aux points A et B.

3)     Expliquez les différences observées pour cette nappe entre les points A et B.

4)    Calculez la pente du substratum de la craie entre les points A et B (justifiez vos résultats)

NB : le point A se situe en campagne et le point B en zone urbaine





Cet exercice correspondait à l'application d'hydrogéologie réalisée sur la carte hydrogéologique de Douai et la nappe de la craie.
La présence de la nappe s'expliquait par le caractère poreux et perméable de la craie (bon aquifère) et la présence au dessus et en dessous de la craie de niveaux imperméables (niveau d'arrêt) constitués d'argiles. 



 

A partir d'un extrait de carte hydrogéologique vous deviez construire les log de sondage piézométrique passant par les point A et B en prenant comme référence la surface topographique à la cote 20 NGF..

Vous expliquerez ensuite les caractéristiques de la nappe d’eau (profondeur depuis la surface topo (ST) et épaisseur (e) en justifiant vos réponses.

La surface piézométrique en A était à un niveau plus élevé que le toit de la craie et donc la nappe était captive donc sous-pression (semi-artésienne). En B la surface piézométrique  était à un niveau moins élevé que le toit de la craie et donc la nappe normalement captive fonctionne ici localement comme une nappe libre (cône de dépression correspondant à un excès de pompage ici en zone urbaine) 
La profondeur de la nappe en A était donc la profondeur du toit de la craie et non de la surface piézométrique (cote virtuelle), soit ST-TC
Il fallait également préciser l'épaisseur de la nappe qui était en A l'épaisseur de l'aquifère de craie et en B égale à ST-SC.

La pente entre A et B devait être calculée en pourcentage.

Toutes les réponses devaient être justifiées.

 

 

IV – Exercice 3 (4 points) (répondre sur la feuille de composition)

On veut creuser un tunnel pour le passage d’une voie rapide dans le Vercors selon le tracé en gris du document annexe 3.

A partir de cette coupe géologique :

1) Précisez les différentes structures tectoniques rencontrées d’W en E.

2) Examinez tous les problèmes géologiques rencontrés le long du tracé du tunnel représenté en grisé sur le schéma en progressant depuis l’entrée vers la sortie.

3) Proposez des solutions géotechniques à envisager pour garantir la sécurité du chantier et de l’ouvrage.

 

 

Cet exercice reprenait pro parte l'application du Vercors et faisait appel à des notions de cours sur la tectonique.
Dans l'ensemble assez bien traité..
1) Les structures tectoniques correspondent aux  plis (synclinal et anticlinal)  et failles (verticale F3 ou oblique inverse de compression F2).
2) Les problèmes étaient les suivants : éboulis, sables, calcaires en plaquettes instables, failles avec roches broyées, argiles avec retrait-gonflement et pyrite avec risque d'inflammation, calcaire avec karst (vides de dissolution), marnes avec retrait-gonflement.

3) Les solutions : parapluie, casquette en béton t filets pour les éboulis

compactage et drainage pour le sable, voute renforcée

tirants d'ancrage et coulis d'injection pour calcaires en plaquettes avec drainage

coulis d'injection et renforcement de la voute au passage des failles

etc....

 

Egalement les failles avec la présence de matériaux broyés pouvaient servir de drains et réserver des arrivées d'eaux massives.
Les mesures étaient préventives : prévoir l'évacuation de l'eau, la pomper en cas de faible débit, procéder à des injections de coulis dans les diaclases, fissures...
Ensuite prévoir l'étanchéification de la voûte du tunnel.....

Le sujet de composition sera une réflexion sur le contenu du cours et des exercices correspondant aux thèmes traités dans les applications de géologie.

 

L'illustration par des exemples concrets présentés dans les diaporamas de cours et le cas échéant, des schémas seront les bienvenus.

 

NB : Quelques consignes pour la  présentation et la rédaction de votre composition 

 

Vous lirez l’énoncé du sujet avec attention pour éviter les hors sujets, vous suivrez scrupuleusement le plan proposé et les consignes données en indiquant les en-tête des paragraphes et leur numérotation, vous pouvez y adjoindre une introduction et une conclusion si vous le désirez.

Votre exposé doit être le plus concis, le plus clair et le plus lisible possible. Illustrez au maximum par des schémas simples et des exemples concrets votre propos. Calibrez votre temps pour traiter toutes les parties du sujet.

 

Vous pouvez retrouver la plupart des diapos présentés en cours dans la rubrique photos : diaporamas introduction , roches sédimentaires, roches magmatiques, roches métamorphiques,  tectonique et glissement de terrain en Normandie.

 

Pour d'autres  diapos (minéraux, mouvement de terrain)  vous pouvez consulter également le site dans la rubrique photos :

 

htp://www.blog4ever.com/blog/index-74512.html

 

 

 

Je vous rappelle que ces consultations doivent rester à usage strictement personnel et que vous n'êtes pas autorisé à diffuser ces documents sans autorisation préalable.

 

 

ECOLE SPECIALE des TRAVAUX PUBLICS                            T.P.1

ECOLE SPECIALE du BATIMENT                                                 B.1

 

 

GEOLOGIE et GEOTECHNIQUE APPLIQUEES au BATIMENT et aux TRAVAUX PUBLICS (18h) 

Professeur : B. CABANIS

 

Année 2011

 

  

 

 

PLAN du COURS

 

INTRODUCTION

 

Importance de la géologie en Génie civil

 

CHAPITRE I

 

LES MATERIAUX NATURELS de l'ECORCE TERRESTRE

MINERAUX et ROCHES

 

Genèse, caractéristiques, classification, utilisation, altérations et conséquences géotechniques

 

1-1-    Composition chimique et minéralogique des différentes enveloppes terrestres.

 

1-2- Représentation des matériaux géologiques : exemple de la carte géologique de France

 

1-3- Les minéraux des roches.

       13-1- Notion de roche – Minéraux et roches

13-2- Minéraux silicatés et non silicatés. Principales espèces et caractéristiques.

13-3- Quelques critères d’identification des minéraux courants des roches de la croûte terrestre.

13-4- Fiches descriptives des minéraux les plus courants.

 

1-4- Les roches.

14-1- Les roches magmatiques.

141-1- Genèse et modalités de cristallisation des magmas.

141-2- Classification des roches magmatiques d’après leur structure et mode de gisement, d’après leur cortège minéralogique, d’après leur composition chimique.

141-3- Les principales familles de roches magmatiques.

14-2- Les roches sédimentaires.

142-1- Origine des matériaux sédimentaires et milieux de dépôt

142-2- Evolution des matériaux sédimentaires et mode de gisement (strates)

142-3- Principales catégories de roches sédimentaires.

                   1423-1- Les roches détritiques ou terrigènes et les formations superficielles récentes.

          1423-2- Les roches carbonatées (calcaires),

          1423-3- les roches siliceuses

          1423-4- les roches salines ou évaporites

          1423-5- les roches carbonées et les autres roches.

14-3- Les roches métamorphiques.

143-1- Le phénomène de métamorphisme. Schistosité et litage.

143-2- Les principaux types de roches métamorphiques.

14-4- Principales utilisations des roches en bâtiment et en travaux publics.

 

1-5- Altération des minéraux et des roches et conséquences géotechniques.

15-1- Le phénomène d'altération. Importance, définitions et facteurs.

15-2- Altération des roches magmatiques et métamorphiques : altération per descensum, altération  per ascensum

15-3- Altération des roches sédimentaires : par dissolution, par hydratation, par oxydation

15-4- Mesure de l'altération et prévision de l'altérabilité.

          15-5- Cas particulier de l'altération des roches en milieu urbain.

 

CHAPITRE II

 

LES STRUCTURES de l'ECORCE TERRESTRE

ACQUISES par DEFORMATION sous CONTRAINTE

 

2-1- Comportement des matériaux rocheux soumis à des contraintes.

 

2-2- Les structures acquises par déformation sous contrainte.

        22-1- Les structures nées de déformations souples. Plissements.

221-1- Formation des plis. Les deux grands types de plis.

221-2- Géométrie des plis.

221-3- Importance de la géométrie des plis en matière de génie civil.

22-2- Les structures nées de déformations cassantes. Fracturation.

222-1- Fracturation à l'échelle des minéraux et des échantillons rocheux (micro-fracturation)

222-2- Fracturation à l'échelle des massifs rocheux. Diaclases et failles.

 

 

CHAPITRE III

 

PROBLEMES de FONDATIONS et de STABILITE

POSES par les MATERIAUX ROCHEUX

 

3-1- Classification des plans de rupture existant au sein des massifs rocheux.

 

3-2- Stabilité générale des fondations au rocher. Traitements spécifiques possibles.

32-1- Fondations sur couches sédimentaires ou massifs schisteux. Ripage; conditions de rupture.

32-2- Fondations sur massifs diaclasés ou faillés. Tassements différen­tiels.

 

3-3- Stabilité des versants rocheux. Eboulements.

                           33-1- Différents types d'éboulements de surplombs rocheux.

   33-2- Repérage et travaux préventifs.

 

3-4- Problèmes liés aux ouvrages souterrains. Décompression dans les tunnels. Confortations.

 

3-5- Importance des plans de rupture comme drains. Cas des retenues de barrages.

 

 

 

CHAPITRE IV

 

PROBLEMES de FONDATIONS et de STABILITE

POSES par les MATERIAUX NON ROCHEUX

 

4-1- Fondations sur matériaux meubles

  41-1- Matériaux granulaires (limon,sables, alluvions, éboulis, moraines)

411-1- Tassement

411-2- Phénomènes de liquéfaction.

41-2- Matériaux cohérents (argiles, marnes)

422-1- Consolidation et teneur en eau.

422-2- Tassement et gonflement.

41-3- Formations d’origine anthropique : remblais et décharges.

 

4-4- Glissements de terrain et stabilité des versants

44-1- Caractéristiques générales.

44-2- Glissements rotationnels à surface de décollement cycloïdale

 442-1- Aspect général de la zone affectée. Géométrie de la masse glissée.

            Théorie succincte du phénomène.

 442-2- Prévention, traitements et protection des ouvrages.

44-3- Glissements superficiels.

 443-1- Solifluxion de versants.

 443-2- Coulées boueuses et laves torrentielles.

 

 

 

 

 

CHAPITRE V

 

L'EAU dans les SOLS

 

5-1- Les nappes aquifères.

51-1- Les nappes libres.

511-1- Définition de l'aquifère.

511-2- Alimentation et débit d'une nappe libre

511-3- Variations de la surface piézométrique.

511-4- Interférences entre la nappe et les fondations. Problèmes posés pour les ouvrages souterrains.

51-2- Les nappes captives.

512-1- Géométrie des nappes captives.

512-2- Problèmes posés pour les fondations et les ouvrages souterrains.

5-2- Les nappes aquifères et l’énergie géothermique

5-3- Les phénomènes d'érosion souterraine liés aux circulations d'eau dans les roches.

 

 

NB : Un polycopié sera distribué aux élèves