Le comportement du massif de sol

La première partie de l’exploitation des résultats porte sur le comportement du massif de sol. Le mode de rupture sera étudié ainsi que les reports de charges suivis par les capteurs de force pour les sept essais.

Les trois essais qui ont été suivis avec la caméra rapide permettent de définir différents modes de rupture de manière beaucoup plus précise que la simple observation des blocs et de leur disposition après la rupture de la cavité. Les figures 3.44, 3.45 et 3.46 présentent les clichés de la caméra rapide qui permettent de définir un mode de rupture.

FIG. 3.44 – Captures de la caméra rapide pour l’essai 7 avec injections d’eau Pour l’essai 7, la rupture s’initie en trois points : au centre de la cavité et sur les piédroits avec deux larges fissures qui traversent la totalité du banc raide. Deux blocs se détachent et tombent dans la cavité sous un mouvement combiné de translation et de rotation. Les deux blocs terminent leur course appuyés au fond de la cavité, la cavité est presque totalement remplie par les blocs et le matériau pulvérulent suit.

La rupture dure au total 144 ms avec un retard entre le début de la rupture et l’appari-tion de mouvement en surface de 32 ms.

Pour l’essai 8, la rupture s’initie très nettement au centre du toit de la cavité avec l’apparition d’une fissure importante. C’est très certainement dû au moment fléchissant du banc raide. Un bloc à gauche tombe dans la cavité. Il est rapidement suivi d’un bloc à droite. Tous deux sont sujets à un mouvement combiné de translation et de rotation et terminent leur course appuyés au fond et sur les parois verticales.

Le retard entre l’initiation de la rupture et l’apparition d’un mouvement en surface est de 36 ms. La rupture dure 248 ms.

FIG. 3.45 – Captures de la caméra rapide pour l’essai 8 sans eau

FIG. 3.46 – Captures de la caméra rapide pour l’essai 9 avec injections d’eau Pour l’essai 9, le banc raide est dégradé par injection d’eau au centre du toit. Puis une chute de rouleaux à priori due au poinçonnement de la paroi verticale gauche a lieu. La ruine s’initie très peu de temps après, en trois endroits : au centre du toit et sur les deux piédroits avec l’apparition de plusieurs fissures. Deux blocs chutent de manière sy-métrique dans la cavité sous un mouvement de rotation du à un moment fléchissant. Ils terminent leur déplacement appuyés en fond de cavité et sur le haut des parois vericales, de manière similaire à l’état observé pour l’essai n˚8.

Le retard entre l’initiation de la rupture et l’apparition d’un mouvement en surface est de 32 ms. La rupture dure 172 ms au total.

La durée totale de la rupture est donc très courte puisque inférieure à 248 ms. C’est donc un phénomène extrêmement brutal dans son déclenchement et rapide dans son dé-roulement. Le suivi par caméra numérique rapide ne permet pas de déceler de signe avant-coureur de l’initiation de la rupture.

Sur les trois essais ci-dessus, la rupture du banc raide est la conséquence des contraintes développées par le moment fléchissant. Seul l’essai n˚7 présente une influence de l’effort tranchant, la cavité étant entièrement remplie à la fin de la rupture.

(a) Essai 3 (b) Essai 4

(c) Essai 5 (d) Essai 7

(e) Essai 8 (f) Essai 9

FIG. 3.47 – Evolution des reports de charges pour les essais 3, 4, 5, 7, 8 et 9 Pour les autres essais, il est délicat voire impossible de se prononcer précisément sur le phénomène à la source de la ruine de la cavité. En observant les blocs et leur arrangement, on peut estimer :

– Essai 3 : mode de rupture indéterminé.

– Essai 4 : rupture par moment fléchissant et cisaillement. – Essai 5 : rupture par cisaillement.

Le moment fléchissant semble donc apparaître comme une cause préférentielle de rup-ture du banc raide.

Les reports de charge qui ont lieu sur les cales mobiles sont très variables d’un essai à l’autre. La figure 3.47 présente les graphes de report de charge pour six des sept essais4.

Les reports de charges sont quasi inexistants pour les essais 3, 4 et 7. Des reports de charge ont bien lieu durant ces trois essais mais ils ne se font pas de manière conforme à ce qui est attendu. En effet, si l’on suppose une répartition uniforme des efforts sur les dix cales mobiles, lorsque les deux cales centrales (5 et 6) sont abaissées, leur charge se reporte sur les cales voisines. Les cales 4 et 7 devraient donc voir leur charge augmenter de presque la totalité de la charge des cales 5 et 6.

De même, quand les cales 4 et 7 sont abaissées, leur charge (charge initiale + report des cales 5 ou 6) se reportent sur leurs voisines. Il s’agit donc principalement des cales 3 et 8. Il semble donc logique que les intensités de report de charge augmentent, selon une progression arithmétique. La figure 3.48 montre l’allure générale de l’évolution des reports de charge telle que logiquement elle devrait se dérouler. La charge initiale vaut 29,3 N (en accord avec la valeur déterminée en 3.2.4.4 page 101) et l’on suppose que 80% de la charge d’une cale abaissée se reporte sur sa plus proche voisine.

FIG. 3.48 – Evolution théorique des reports de charge sur les cales

Les essais 3, 4 et 7 présentent donc une évolution générale assez éloignée de cette théorie, alors que les trois autres essais présentent des reports de charges plus en accord. Sur les trois graphes de ces essais, on peut remarquer que les reports de charge s’effec-tuent de manière préférentielle sur les deux cales voisines de la cale abaissée, mais que le reste des cales voit aussi leur charge légèrement augmenter. Pour que le report de charge ait lieu, il est nécessaire que le banc raide se déforme légèrement lorsque deux cales sont abaissées. Le sol en surface devrait donc présenter dans une moindre mesure ce déplace-ment.

Le graphe 3.49 présente l’évolution d’un point situé à l’intersection de l’axe de la cavité et de la surface durant les étapes de création de la cavité pour les six essais.

FIG. 3.49 – Déplacement en surface du point situé sur l’axe de la cavité lors de la création de celle-ci

Deux comportements très différents sont observables. Les essais 3, 4 et 5 ont eu lieu sans utilisation de la caméra rapide et des spots halogènes. On peut donc observer un déplacement du point vers le bas, ce qui correspond à une déformation du recouvrement de la cavité. Bien que sur les premières étapes, les mouvements soient assez variables, les déplacements obtenus lorsque la cavité est complètement créée sont assez proches : entre 0.27 mm et 0.37 mm.

D’un autre côté, les essais 7, 8 et 9 ont eu lieu avec la caméra et les spots halogènes. L’échauffement du massif de sol inhérent à leur emploi et la correction nécessaire des déplacements mesurés tend à masquer les déplacements en surface lors de la création de la cavité. Il n’est pas possible d’observer un quelconque comportement de déformation du massif de sol pour ces essais lors de la création de la cavité. Seules les étapes de dégradation du banc raide laisse entrevoir quelques déplacements plus importants, mais ce ne sont pas les étapes qui nous intéressent.

Pour les essais 3, 4 et 7, les reports de charge sont très répartis sur la totalité des cales restantes ce qui empêche de déterminer un comportement précis au sein du massif. Il est donc délicat de corréler les déplacements en surface avec les reports de charge lors de la création de la cavité. Cela fonctionne bien pour l’essai 5 pour lequel les reports de charge correspondent à des déplacements en surface. Mais pour les autres essais, aucune corré-lation n’est possible en l’état actuel. Soit les déplacements en surface sont perturbés par l’utilisation de la caméra, soit les reports de charge s’effectuent de manière trop répartis.