Enveloppe de rupture

La figure 4.25 présente les contraintes axiales maximales obtenues en fonction de la pression de confinement des essais triaxiaux monotones et cycliques. Sur cette figure, on peut observer que les résistances en compression des échantillons soumis à un essai triaxial monotone ou cyclique sont très proches. La résistance en compression de la roche augmente avec la pression de confinement. Pour les confinements entre 0 et 30 MPa, cette relation est linéaire et peut être caractérisée par un critère linéaire de Mohr-Coulomb. On obtient alors une enveloppe de rupture linéaire avec un angle de frottement de 22° et une cohésion de 35 MPa. Ces valeurs sont très comparables à l’angle de frottement et la cohésion des différents marbres présentés dans le tableau 2.1, surtout ceux du marbre de Carrare avec des grains d’environ 0,23 mm (Fredrich et al. 1990). 0 5 10 15 20 25 30 0 30 60 90 120 150 180 C on tr ai nt e ax ia le ( M P a)

Pression de confinement (MPa)

Enveloppe Mohr-Coulomb φ = 22°

c = 35 MPa

4.6

Conclusion

Le comportement en compression triaxiale de la roche saine a été étudié sous des confinement entre 0 et 30 MPa. Sous un chargement isotrope, la roche montre un comportement quasi isotrope et non linéaire pour des contraintes jusqu'à 10 - 15 MPa. Au-delà de ce niveau de contrainte isotrope, les déformations augmentent linéairement avec la contrainte, mais la roche montre une anisotropie en déformation : la déformation axiale présente une augmentation plus importante que la déformation radiale. La déformation volumique sous des contraintes isotropes inférieures à 30 MPa est contractante. Elle est non linéaire pour des contraintes jusqu'à 10 - 15 MPa et puis devient linéaire pour des contraintes à partir de 15 MPa.

Nous avons réalisé deux séries d'essais avec deux modes de chargement différents : monotone ou cyclique, avec un chargement isotrope continu ou par petits paliers. Les courbes de contrainte-déformation pendant le chargement déviatorique montrent classiquement différentes phases : une phase de déformation linéaire, réversible suivie d'une phase de déformation non-linéaire, irréversible jusqu'à la rupture. La linéarité des courbes de contrainte-déformations axiale et radiale ne se trouve qu'à la contrainte déviatorique d'environ 60 - 70 MPa, quel que soit la pression de confinement entre 0 et 30 MPa. Les déformations irréversibles ont été observées dès les premiers déchargements des essais cycliques. Elles augmentent avec le niveau de la contrainte déviatorique atteint avant le déchargement.

Nous avons observé que les cinq cycles de charge/décharge réalisés au cours des essais cycliques n'ont pas d'influence notable sur le comportement de la roche. La résistance au pic et les déformations mesurées dans les essais cycliques et monotones effectués à une même pression de confinement sont très comparables.

L'influence de la pression de confinement a été observée : plus la pression de confinement augmente, plus la résistance de pic augmente et les déformations correspondantes à la rupture sont plus importantes. Le mode de rupture change également avec la variation du confinement. Sous les pressions de confinement de 5 et 10 MPa, la roche montre un comportement fragile avec une rupture selon un plan de cisaillement. Sous les pressions de confinement de 20 et 30 MPa, le comportement est plus ductile : la roche peut atteindre à des déformations de 1 à 2 % sans perte de résistance. Même après une déformation irréversible de 3 %, l'échantillon soumis au confinement de 30 MPa ne présente pas de fissuration macroscopique, on n'observe que de stries du plan de rupture. L'angle entre le plan de rupture et l'axe de l'échantillon a tendance à augmenter avec l'augmentation du confinement.

Les modules élastiques ont été déterminés sur les cycles de déchargement des essais cycliques. Les modules de déformation E montrent un comportement de durcissement sur les premiers cycles (correspondant à la fermeture des défauts préexistants) et un endommagement sur les derniers cycles. Le comportement de durcissement est moins prononcé pour les essais soumis aux confinements plus élevés. Les coefficients de Poisson augmentent avec la contrainte axiale appliquée. Une enveloppe de rupture

selon le critère linéaire de Mohr-Coulomb a été proposée avec un angle de frottement de 22° et une cohésion de 35 MPa.

Des mesures de vitesse de propagation des ondes P et S ont été réalisées au cours des essais cycliques. L'augmentation observée de la vitesse des ondes de compression P sous un chargement isotrope correspond à la fermeture des défauts préexistants dans l'échantillon. L'évolution de la vitesse de propagation des ondes P et S traduit bien l'état de fissuration de la roche sous un chargement déviatorique. Les modules élastiques dynamiques ont été calculés à l'aide des vitesses des ondes P et S. Ils montrent la même évolution mais moins prononcée que celle des modules statiques. Le rapport entre les modules statiques et les modules dynamiques varie entre 0,6 et 0,9.

Chapitre 5

Caractérisation de la morphologie des

discontinuités

Nous avons vu que la morphologie des surfaces des fractures a une influence importante sur le comportement mécanique des discontinuités rocheuses (paragraphe 3.5). Cet effet résulte du fait qu'elle a une influence fondamentale sur le développement de la dilatance, et par conséquent, sur la résistance du joint pendant le cisaillement. La mesure précise de la morphologie de la surface rugueuse est donc nécessaire pour mieux comprendre le mécanisme de cisaillement et pour mieux prévoir la résistance (maximale et résiduelle) des joints de la roche, ainsi que la dilatance qu'une discontinuité subit pendant le cisaillement. Certaines méthodes de détermination de la rugosité du joint sont présentées dans 3.2. Dans le cas de notre étude, nous avons numérisé les surfaces de discontinuités naturelles en utilisant un profilomètre laser avant et après chaque essai de cisaillement, réalisé à contrainte normale constante pour un cycle de cisaillement aller/retour complet. Ces mesures ont été effectuées en collaboration avec l’Université de Bordeaux (GHYMAC). La caractérisation morphologique s'appuie essentiellement sur la détermination des paramètres statistiques de la rugosité (3.2.1.2).

5.1

Mesure de la rugosité sous profilomètre laser