Stabilité des pentes. Rappels de géologie. R.M. Faure

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1 Stabilité des pentes Rappels de géologie R.M. Faure

2 Généralités Excepté les très grands glissements historiques, les glissements n intéressent que quelques mètres de sol ou de roche, près de la surface. Or c est dans ces quelques mètres que l évolution des roches est permanente du fait du gel, de l eau, des variations thermiques et de l oxydation. Cette évolution qui a conduit au matériau actuel du glissement, dépend du matériau d origine et la connaissance de ce dernier peut éclairer la compréhension du glissement, ses causes et faciliter le choix d une solution confortative. La géomorphologie, conséquence visible, de cette approche évolutive, peut aussi beaucoup aider à recenser les zones de travaux à risque.

3 Structure des massifs rocheux rattachée à leur génèse. Nous distinguerons Roches ignées Roches volcaniques Roches sédimentaires Roches métamorphiques Roches altérées Sol

4 Roches ignées Elles sont formées par refroidissement du magma qui remonte dans la croûte terrestre. La vitesse de refroidissement définit la taille des cristaux. Des joints se forment lors du refroidissement, des failles remplies de matériaux broyés, sont créées quand des forces tectoniques entrent en jeux et toutes ces discontinuités divisent le massif rocheux en blocs. Les circulations d eau dépendent de cette fracturation, de l ouverture des joints et de leur remplissage. Ces roches sont près de la surface, en montagne ou après de forts processus d érosion. L altération (passage de la roche au sol) se fait autour de chaque bloc, très lentement, plus rapidement près de la surface. La difficulté est de comprendre cette masse, dans ses discontinuités qui peuvent représenter des surfaces de rupture et dans la quantité de sol entre les blocs qui peut représenter des zones de faible résistance. Ex : granite, syénite, diorite

5 Roches volcaniques (1) Le magma (la lave) parvient jusqu à la surface de la croûte terrestre et se refroidit rapidement. La lave peut être acide ou basique. Les laves acides sont riches en silice et se transforment en rhyolithe, obsidienne, dacite ou trachyte. Si le volcan par lequel elles s épanchent est explosif, elles prennent la forme de cendres volcaniques, parfois en couches épaisses qui peuvent se consolider et se cimenter pour donner des tufs. Tuf ocre clair de Naples ou blanc d Arequipa qui font de merveilleux matériaux de construction et qui peuvent être taillés en falaises quasi verticales.

6 Roches volcaniques (2) Les laves basiques sont riches en Fe et Mg, plus fluides elles s étalent en bancs quasi horizontaux ( basalte ou andésite) qui se superposent. Le refroidissement rapide de la surface de la couche et celui plus lent de l intérieur de la couche, avec parfois présence de gaz, conduisent à des couches hétérogènes dont l altération est très irrégulière et ces variations peuvent favoriser des glissements. En général, ces stratifications de roches volcaniques, sont des alternances de roches dures et tendres, avec des circulations d eau dans les couches tendres.

7 Talus dans des roches ignées (Andésite, Pérou)

8 Visualisation de l eau présente dans toutes les pentes

9 Talus fait de dépôts de cendres volcaniques

10 Roches sédimentaires (1) Le dépôt en différents milieux (eau pure, eau salée, vent, glace) de parties de roche plus ou moins fines, de substances chimiques et de matériaux organiques donne une grande variété de roches sédimentaires. Déposée parfois en très grande épaisseur, elles peuvent se consolider sous leur propre poids et acquérir de meilleures caractéristiques. Les caractéristiques mécaniques de ces roches sont très variées, du calcaire solide à une tendre molasse argileuse et comme ces roches se sont déposées en couches la stratification joue un rôle important, car l orientation de cette stratification est quelconque après les plissements et autres déplacements tectoniques. Certains de ces sols sont évolutifs en présence d eau (gonflement, altération très rapide, dissolution) qui est aussi l agent de creusement de boyaux, cavités, cavernes et karsts.

11 Roches sédimentaires Calcaire, grès, argilite, marne, craie, gypse, halite ou sel gemme Le vent, qui soufflait dans les steppes froides des périodes glaciaires, a laissé des dunes fossiles parfois grésifiées, et des étendues de loess ou de silt, avec parfois des indices de compacité faibles, ce qui les rend effondrables ou liquéfiables. Les glaciers ont laissé de nombreuses moraines, mélange de sol et de roches de toute taille, très hétérogènes, souvent réservoir d eau, toujours délicates à taluter. Les «roches organiques» sont représentées par le charbon, souvent accompagné de méthane, et les tourbes très compressibles des anciens marais.

12 Talus dans roches sédimentaires et protection par filets métalliques

13 Roches métamorphiques Ce sont des roches qui ont été placées sous des conditions de pression et de température très élevées, suite à des mouvements tectoniques, et qui ont été de ce fait, plissées, faillées, recristallisées avec l apparition de nouveau minéraux, recomposition des minéraux de la roche initiale. Une foliation ou schistosité est souvent caractéristique de ces matériaux. Sables et grès donnent des quartzites, les argiles des schistes ou des phyllites, les calcaires deviennent des marbres et les roches de type granite, du gneiss. La structure de ces massifs rocheux est très complexe, les zones altérées difficile à localiser et les plans de rupture indéterminés, mais les très nombreuses discontinuités peuvent conduire parfois, à regarder le massif comme homogène, fait de nombreux blocs quasi identiques.

14 Une géologie chahutée (Maurienne)

15 La stratification n est pas horizontale (Maurienne)

16 Roches altérées Les roches sont peu à peu détruites par des phénomènes physiques (dilatation différenciée des différents composant, frottements ), des phénomènes chimiques (feldspath et mica deviennent de l argile), et des phénomènes biologiques qui favorisent les deux précédents. Le quartz est chimiquement stable et devient sable. Le degré d altération varie en général avec la profondeur, passant d une roche complètement altérée, presque un sol, à la roche mère. Le massif est alors mécaniquement très hétérogène, les circulations d eau très complexes, mais des continuités (zones de même degré d altération par exemple) peuvent être le siège de glissements.

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18 Le sol C est la couche de surface, mélange de roche très altérée, avec des éléments organiques. Cette couche est facilement érodable et peut être entraînée très loin par l eau ou le vent. Il en résulte des accumulations dans les creux de la surface, accumulations parfois le siège de très forte érosion ou de déplacement que l on nomme glissement de terrain.

19 Dépôts lacustres (Trièves) Colorado Glissements et cône de déjection (Pérou)

20 Graves cémentées, corniche de Lima Graves cémentée (Bolivie)

21 Glissements dans des sols saprolithiques (Brésil, ~Rio)

22 Pentes instables

23 Talus dans des matériaux glaciaires

24 Glissement ancien (Hte Savoie)

25 Discontinuités (1) On vient de voir que les premiers mètres de l écorce terrestre peuvent être de nature variée, ce qui va rendre leur reconnaissance délicate. Et à cela il faut ajouter des accidents tectoniques qui brouillent parfois une bonne perception. Les failles, conséquence du déplacement de deux masses de sol. Ces discontinuités peuvent être très préjudiciables à la stabilité en créant une discontinuité de résistance plus faible et souvent siège d un important écoulement. Joints, schistosités ou alternances de couche ne sont pas favorables à la stabilité dans de nombreux cas.

26 Discontinuités (2) Joints de décompression, comme ceux dans des couches en pendage défavorable soumises à traction ou lors de fauchage de couche. Ces joints, en général ouverts, sont très dangereux, car ils peuvent être le siège d infiltration et l eau peut générer des pressions déstabilisatrices. Surfaces de glissement fossile et dans ce cas il est bien difficile de retrouver les paramètres résiduels qui vont gouverner la stabilité, «l épaisseur» de la surface de rupture étant centimétrique. Couches de faible résistance suite à des infiltrations, dissolutions, Sols déplacés en masse, comme les éboulis et les moraines déjà citées. La formation d un cône d éboulis est très complexe et les divagations du ruisseau transporteur ne facilitent pas une structure bien ordonnée.

27 Séisme et charriage (Turquie)

28 Comment classer? Le rappel de cet ensemble de conditions géologiques montre que les glissements de terrain sont de formes très variées. Il sera donc possible de proposer autant de classifications que de points de vue. Nous nous intéresserons aux points de vue : géomorphologique, géotechnique risque.

29 Classification géomorpholoquique Chutes de blocs, écroulements Fauchage des bancs Glissements Etalements Coulées

30 Chutes de blocs, écroulements

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36 Fauchage des bancs

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38 Glissements

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42 Ancien fond de lac en cours d érosion (Pérou)

43 Ancien fond de lac en cours d érosion

44 Ancien fond de lac en cours d érosion

45 Liquéfaction de sous-couche suite à séisme (Pérou)

46 Etalements

47 Coulées Italie du sud (v = 5 m/an)

48 Matériau de la coulée ci-dessus

49 Glissement dans les argiles sensibles Rissa (Norvège)

50 Classification géotechnique Elle comporte 16 cas correspondant à 4 classes de grains, (argile, sable, gravier et bloc) et 4 types de mécanismes rupture ou glissement initial réactivation liquéfaction fluage. Cette approche distingue donc les comportements qui vont correspondre à des types de calcul différents: paramètres de pic : méthode à la rupture paramètres résiduels : méthode à la rupture sollicitation cyclique et comportement correspondant paramètres de fluage : éléments finis en visco-élasto-plasticité

51 Classification risque Une pente peut être en : pré-rupture risque faible pré-rupture risque élevé rupture sans risque d évolution rupture avec risque de réactivation Ce qui différencie les approches pour l étude de la mitigation du risque. Le suivi dans le temps de paramètres d évolution est nécessaire pour une bonne évaluation.

52 Conclusion Grande variété des phénomènes Grande variété des méthodes Grande variété des solutions confortatives Nécessité d être en prise directe sur le terrain