Applications de la géologie dans les constructions techniques

Cet article met en lumière les six principales applications de la géologie dans la construction technique.

1. Pierres de construction:

Il existe différents types de roches qui doivent être habillées et façonnées pour être utilisées dans les constructions. Certaines propriétés géologiques et physiques doivent être satisfaites pour une bonne pierre de construction. La durabilité, la facilité de transport et l'aspect esthétique, en plus de la facilité d'extraction en carrière, font partie des propriétés importantes requises pour la construction de pierres.

Il est nécessaire de connaître la composition minérale de la pierre de construction pour déterminer son adéquation et sa durabilité. Certains minéraux comme le chert, la pyrite et une teneur élevée en mica sont nocifs et nuisibles et les roches en contenant doivent être évités. La présence de minéraux tels que la pyrite qui s'oxyde facilement en produisant des taches inesthétiques rend les roches indésirables. Les roches à grains grossiers sont plus faibles que les roches à grains fins.

Pour qu'une pierre soit durable, elle doit conserver sa taille, sa résistance et son aspect d'origine pendant de très longues périodes. Celles-ci ne sont possibles que lorsque les pierres ont la capacité de résister à l'action de l'atmosphère et aux pluies. D'autres propriétés pour les travaux de construction et d'autres propriétés pour de bonnes pierres de construction sont la résistance à l'écrasement, la résistance au feu, l'absorption, etc.

Les roches généralement utilisées pour les bâtiments et autres constructions sont le granit et autres roches ignées connexes, ainsi que le calcaire, le marbre, l'ardoise et le grès. Parmi les roches ignées et ignées métamorphiques, les roches généralement utilisées sont les granites et les gneiss.

Les granites, en raison de leur texture granuleuse, de leur couleur agréable et de leurs propriétés favorables, telles qu'une résistance à la compression élevée et une faible absorption, sont principalement utilisés. Les granites peuvent être exploités facilement car ils ont des joints bien développés et des plans de division. Pour la route, les basaltes et les dolérites conviennent. Celles-ci ne sont toutefois généralement pas préférées pour les travaux de construction car elles sont de couleur sombre ou terne.

Les cailloux et les quartzites sont abondants et utilisés pour les travaux de construction. Les quartzites, en raison de leur dureté extrême, rendent le travail difficile et peuvent ne pas être préférés en maçonnerie. Le calcaire, facilement exploitable, est principalement utilisé pour les travaux de construction. Ils sont légers et disponibles dans des couleurs agréables. Les marbres sont le plus souvent utilisés pour les travaux de décoration dans les bâtiments.

L'ardoise qui est une roche métamorphique peut être divisée de manière uniforme en couches minces et est utilisée pour la toiture et le pavage des bâtiments. La latérite, une roche durable est utilisée comme pierre de construction. Il est également utilisé comme métal pour la route, en particulier dans les pays tropicaux comme l'Inde. Avec la large utilisation du béton de ciment dans les bâtiments et autres constructions, les roches sont concassées en agrégats de petite taille et utilisées pour fabriquer du béton de ciment.

Pour les granulats de béton, les quartzites et le basalte sont principalement utilisés. Dans les bâtiments actuels, les murs en béton et en béton armé sont parfois revêtus de pierres pour donner un aspect attrayant et aussi servir de couche protectrice contre les eaux de pluie et les gaz atmosphériques.

Les pierres naturelles présentent la splendeur et la beauté des bâtiments. En outre, l'entretien et la maintenance des structures en pierre ne sont pas difficiles et, par conséquent, les granites et les calcaires sont largement utilisés comme pierres de parement.

Les pierres de construction de l'Inde:

La plupart des temples et des édifices publics du sud de l’Inde ont été construits à partir de granites et de gneiss disponibles dans les plus anciennes roches archéennes de l’Inde. Une variété de granit appelée charnockite est une excellente pierre de construction utilisée dans la construction des sept pagodes à Mahabalipuram, près de Chennai. Les grès vindhyan et les grès d'autres formations plus anciennes sont très utilisés comme bonnes pierres de construction en Inde.

Les grès vindhyens ont été utilisés dans la construction de grandes structures telles que les stupas bouddhistes de Saranath, Barhut, Sanchi, la ville de Fatehpur Sikri de l'empereur Akbar près d'Agra et les célèbres bâtiments moghols d'Agra et de Delhi, les bâtiments de Loksabha, les bâtiments de Roktabati, le Rashtrapati Bhavan et les structures administratives. immeubles de bureaux du gouvernement indien à New Delhi. Les grès vindhyan sont utilisés pour les revêtements de sol, les toitures, les poteaux télégraphiques, les appuis de fenêtre, etc.

Les grès Athgarh des roches du Gondwana supérieur dans l'Orissa sont d'une grande beauté et d'une grande durabilité. Ces grès ont été utilisés dans la construction des célèbres temples de Puri-Jagannath, Bhubaneswar, Konark et des grottes bouddhistes de Kandagiri et Udayagiri. Les grès Tirupathi de l'Andhra Pradesh et les grès Sathyavedu du Tamil Nadu sont utilisés dans les bâtiments et proviennent également des formations de Gowanda.

Le calcaire se trouvent dans de nombreux endroits en Inde. Ceux-ci servent d'excellentes pierres de construction et d'ornement. Le prestigieux Taj Mahal a été construit à partir des marbres de Makrana d'Archaen Dharwars. Des calcaires de bonne qualité se trouvent dans les districts de Guntur et Kurnool, dans l’Andhra Pradesh.

Les célèbres dalles de cadappa utilisées comme pavés, tablettes, marches et pierres de clôture proviennent de la carrière de calcaire extraite de la carrière de calcaire à Andhra Pradesh, près de Yerraguntha (district de Cadappa) et de Betamcherla (district de Kurnool). Ils prennent un bon vernis et peuvent être divisés en plaques de 12 mm d'épaisseur ou plus jusqu'à 1, 25 m.

Le Maharashtra, le Madhya Pradesh, la côte ouest de Malabar et d’autres endroits sont connus pour la production de latérite de bonne qualité. C'est une pierre de construction durable. Il offre la possibilité d'être coupé en blocs à la sortie d'une carrière. Il se durcit lors de l'exposition à l'air. En raison de son abondance, il est également utilisé comme métal de la route.

Les ardoises sont exploitées près de Dharmsala dans le district de Kangra, de Kund dans le district de Gurgaon, de Monghyr dans le Bihar et de Markapur à la frontière entre Nellore et Kurnool.

Extraction de pierres:

Deux types d'extraction sont suivis. Dans un type de carrière, l’objet consiste à obtenir des pierres sous forme de gros blocs non brisés. Dans l’autre type, l’objet est d’obtenir des formes irrégulières grossières de pierres destinées à des agrégats de béton, du métal de la route et divers procédés de fabrication.

Les méthodes d’extraction dépendent de la structure, du clivage, de la dureté, de la composition et d’autres propriétés physiques, ainsi que de la position et du caractère des gisements.

Un principe de base en carrière est que le front de taille de la carrière doit être planifié de manière à ce que la roche séparée glisse librement et glisse en avant principalement en raison de son propre poids. Il peut ne pas être justifié de commencer les travaux de mise en valeur d'un gisement avant de nous assurer de la disponibilité de roche de la qualité souhaitée et en quantité abondante digne d'être exploitée de manière rentable.

Un escarpement ou une falaise longeant une gorge ou un ruisseau peut constituer un indicateur précieux pour comprendre la section transversale à différents niveaux et permet également des tests de qualité à différents niveaux. Dans les cas où de telles conditions n'existent pas sur le site, il peut être souhaitable de percer des trous d'essai à intervalles réguliers pour recueillir des données sur la qualité de la roche.

La qualité et les propriétés de la roche à extraire dépendent de son utilisation. Par exemple, la composition chimique de la roche est une considération importante à utiliser comme fondant de four, dans la chaux ou le ciment. Les propriétés physiques sont plus importantes lorsque les roches sont censées fabriquer des pierres de construction ou des pierres de taille plutôt que des propriétés chimiques. (Les pierres de dimension désignent les masses de pierre nécessaires sous la forme de blocs de formes et de tailles spécifiées).

Les méthodes d'extraction dépendent de caractéristiques géologiques. Il existe trois méthodes d'extraction importantes, à savoir. Méthode de prise et de plume. Méthode explosive ou explosive et canalisation mécanique.

La méthode du bouchon et de la plume dans le calage et le découpage est effectuée dans l’extraction de grès. La méthode par explosif ou dynamitage est utilisée pour l'extraction de pierres concassées. La méthode consiste à percer, à souffler avec des explosifs et à extraire le matériau. La méthode de canalisation par des machines est utilisée pour extraire du calcaire.

2. Alimentation en eau:

Les sources d'approvisionnement en eau sont (i) les eaux de surface des rivières et des réservoirs de stockage (ii) les eaux souterraines des puits, des forages profonds et des puits artésiens. Lorsque la pluie tombe sur le sol, elle est dispersée en partie par ruissellement de surface et en partie par percolation dans le sol. Dans les basses terres humides et tempérées, on estime qu'un tiers des précipitations recueillies constituent le ruissellement, un tiers s'enfonce dans le sol et le reste est perdu par évaporation.

Sources d'eau souterraine:

Les eaux souterraines proviennent de plusieurs sources. L'eau souterraine est en partie une contribution directe de l'activité magmatique ou volcanique. Lors du processus de cristallisation, l'eau est exclue et pénètre dans la roche adjacente pour faire partie de l'alimentation souterraine. Cette eau exclue de la cristallisation des roches ignées est appelée eau juvénile ou eau magmatique. (De nombreux gisements de minerai et veines minérales ont été formés par de l'eau juvénile).

Sous les mers, les sédiments déposés retiennent de l'eau dans les interstices. Après le dépôt de sédiments imperméables, une partie de cette eau peut être emprisonnée et retenue dans les sédiments jusqu'à ce qu'elle soit exploitée. L'eau ainsi piégée dans les sédiments au moment de leur dépôt est appelée eau connée. L'eau salée rencontrée localement dans certains puits intérieurs est une eau connée.

La principale source d'eau souterraine est une partie des précipitations qui s'enfoncent dans le sol. Cette majeure partie de la nappe phréatique est appelée eau météorique.

L'approvisionnement en eau à partir de sources de surface comprend non seulement l'eau obtenue localement des rivières et des lacs, mais aussi des réservoirs retenus, situés pour la plupart à une certaine distance de la zone à alimenter. Ainsi, une ville située près d’une grande rivière utilise souvent l’eau de cette source. L'eau est filtrée et si nécessaire purifiée chimiquement et bactériologiquement avant son utilisation.

Les sources de la rivière peuvent être facilement accessibles et souvent moins coûteuses à obtenir que l’approvisionnement en puits, ce qui peut impliquer un programme de forage coûteux. Au contraire, le coût de la purification de l’eau du fleuve avant sa mise en approvisionnement public est supérieur aux dépenses liées au traitement de l’eau de puits.

Les lacs et les rivières se sont avérés le lieu le plus facile à partir duquel l’eau pouvait être obtenue. Cependant, même dans la civilisation la plus ancienne, il est bien connu qu'il était nécessaire de forer des puits pour puiser de l'eau sous terre. Les pores des roches retiennent l'eau. Dans les grès non cimentés, les pores forment 20 à 25% de la roche.

Dans les schistes, la porosité peut être encore plus élevée. Cependant, il est possible d'obtenir de l'eau uniquement à partir de telles roches qui possèdent une perméabilité considérable en plus de la porosité. Ces roches réservoirs sont appelées aquifères. Les aquifères sont principalement constitués de grès. Certains calcaires et autres roches contiennent également de l'eau sous forme de fractures. Les débits d'eau vont probablement être élevés le long des zones de faille et d'articulation.

3. La nappe phréatique:

La nappe phréatique est l’une des caractéristiques les plus importantes de l’étude des eaux souterraines. La nappe phréatique est le niveau en dessous duquel le sol est complètement saturé en eau et au-dessus duquel les pores des roches contiennent de l'eau et de l'air. La nappe phréatique s'élève sous les collines et tombe vers les lacs et les ruisseaux.

La Fig. 18.1 montre la relation typique entre la nappe phréatique et la topographie. La nappe phréatique sera évidemment au niveau des rivières et des lacs à leurs marges. La profondeur de la surface du sol à la nappe phréatique dépend fortement du type de roche et du climat. Dans les régions humides, un sol saturé peut être atteint quelques mètres sous la surface.

La nappe phréatique dans les marais est à la surface ou légèrement au-dessus de celle-ci. Au contraire, dans les déserts, la nappe phréatique peut se situer à des centaines de mètres sous le niveau du sol. En général, toutes les roches situées au-dessous de la nappe phréatique sont saturées en eau jusqu’à atteindre un niveau qui permette de réduire à néant la pression exercée par le poids de la surcharge, réduisant ainsi pratiquement l’espace dans les pores. Il existe certains cas de strates imperméables pouvant contenir de l'eau à une profondeur supérieure à la nappe phréatique normale de la région.

Il peut exister des situations dans lesquelles des couches imperméables peuvent contenir un plan d’eau à un niveau supérieur au niveau de la nappe phréatique normale. Dans de tels cas, comme le montre la figure 18.2, il est évident que la partie supérieure de l'eau peut être pénétrée en forant un puits, tandis que le sol sous-jacent peut être pratiquement sec.

Les conditions de la nappe phréatique peuvent varier dans de nombreuses zones en raison de l'alternance de couches perméables et imperméables, de lignes de pliage et de failles. Les couches imperméables peuvent obstruer la circulation des eaux souterraines et isoler les horizons aquifères, de sorte que chaque groupe de couches perméables peut avoir sa propre nappe phréatique indépendante. Les cultures en sortie de telles couches sont généralement responsables de lignes de sources intermittentes le long d'une colline, comme le montre la figure 18.3.

4. Puits artésiens:

À certains endroits, les eaux souterraines sont retenues dans une zone perméable par des roches imperméables des deux côtés. L'eau ainsi retenue est une eau confinée et la zone perméable est appelée un aquifère. Cette eau confinée est généralement sous pression et va donc monter dans un puits qui la puise. Cette eau confinée sous pression est appelée eau artésienne. Un puits dans lequel l'eau s'élève au-dessus du niveau de la nappe phréatique adjacente est appelé un puits artésien.

Les conditions suivantes sont nécessaires pour le flux artésien:

(i) Une zone ou un lit perméable, c'est-à-dire un aquifère.

(ii) Des roches relativement imperméables au-dessus et au-dessous afin de confiner l'eau dans l'aquifère.

(iii) Trempage adéquat de l'aquifère pour fournir un gradient hydraulique.

(iv) Une zone de prise d'eau telle que l'aquifère puisse être chargé d'eau.

Ces conditions sont illustrées à la Fig. 18.4. La couche de roche imperméable au-dessus et au-dessous de l'aquifère est nécessaire pour assurer la perte de tête. La pente des lits fournit un gradient hydraulique qui s'étend du niveau de saturation au pendage de la structure jusqu'à la poursuite de la structure. Les eaux artésiennes se trouvent le plus souvent dans des couches de grès perméables recouvertes de schistes imperméables ou d'autres types d'une série de roches sédimentaires.

Lorsque l'eau est pompée en continu dans un puits, le débit de décharge à travers les roches est généralement bien inférieur au taux de pompage et le débit à travers les roches sera insuffisant pour maintenir la hauteur d'origine. Par conséquent, la nappe phréatique est abaissée autour du puits, ce qui conduit à une nappe phréatique conique déprimée appelée cône de dépression ou cône d'épuisement. Un puits profond dans lequel un taux de décharge élevé est pompé peut avoir pour effet de ramener à l'état d'épuisement les puits voisins plus petits présents dans la plage du cône de dépression.

Eaux souterraines dans les régions côtières et les îles:

La présence d'eaux souterraines douces dans les régions côtières et les îles est un sujet d'intérêt. Les couches dans ces zones sont perméables et sont principalement constituées de sable, de terreau, de coraux, de calcaire, etc. À la tombée de la pluie, l'eau de pluie s'infiltre à travers cette couche et devient une eau souterraine fraîche.

L'eau salée de la mer s'infiltre cependant dans les substrats, ce qui pousse l'eau douce de manière à la faire flotter, l'eau de mer étant plus dense que l'eau douce. (On peut noter qu'une colonne d'eau salée de 12 m de la mer équilibre une colonne d'eau douce de 12, 3 m). Sur la Fig. 18.6, l’eau douce du Colum H est équilibrée par la hauteur h de l’eau salée. Si la hauteur de la nappe d'eau douce au-dessus du niveau de la mer est t.

alors, H = h + t = Sh

où S = densité de l'eau salée.

(S - 1) h = t

H = t / S - 1

Occurrences d'eaux souterraines en Inde:

Les plaines de l’Indus et du Gange sont d’énormes réservoirs d’eau douce alimentant les puits. Dans les régions montagneuses, il existe des sources où les roches perméables et imperméables sont intercalées et inclinées ou pliées. Ils sont formés là où les roches sont traversées par des joints, des fissures et des failles.

Les basaltes vésiculaires forment de bons aquifères dans les formations de pièges du Deccan du Maharashtra et du Madhya Pradesh produisant une bonne eau. Le Gujarat, le sud de l’Arcot dans le Tamil Nadu, Pondichéry et les districts est et ouest de Godavari dans l’Andhra Pradesh abritent des sources artésiennes.

Dans les districts de Tanjore, Madurai et Trunelveli, dans le Tamil Nadu, le sous-sol est constitué d'argile ou de roche tendre, fournissant une bonne quantité d'eau de bonne qualité. Dans les régions de la côte ouest telles que le Kerala et le Karnataka, le substrat est en latérite, ce qui permet d'obtenir une bonne quantité d'eau souterraine. Des sources thermales et minérales sont présentes dans plusieurs régions de l’Inde - Mumbai, Punjab, Bihar, Assam, les contreforts de l’Himalaya et du Cachemire.

5. Sites de barrages et réservoirs:

Distingues des rivières, les sources de surface des hautes terres alimentent les villes en eau, l’eau étant stockée dans des réservoirs de retenue et acheminée vers les villes par pipeline et aqueduc. Les barrages servent également à la retenue d'eau pour la production hydroélectrique, ainsi que les tunnels pour le transport de l'eau.

Lorsque le ruissellement est utilisé de cette manière (ce qui est distinct de la fraction de percolation de la chute de pluie) et que l'eau est retenue, de nombreux facteurs géologiques doivent être pris en compte dans le choix du site pour le réservoir et le barrage. Le réservoir doit avoir une efficacité maximale de rétention d'eau et le barrage doit être solidement fondé.

Les conseils géologiques sont désormais des journées recherchées par la plupart des grandes entreprises de génie civil et sont généralement indispensables lorsqu'un site de toute taille pour un réservoir doit être sélectionné.

Lorsque les conditions géologiques sont étudiées et jugées satisfaisantes, l’ingénieur peut s’en occuper. L’ingénieur doit cependant posséder une connaissance suffisante de la géologie pour pouvoir identifier les problèmes susceptibles de se poser et le moment où un avis spécialisé est nécessaire.

Une étude géologique approfondie doit être effectuée avant le début des travaux et toutes les observations doivent se poursuivre au fur et à mesure de leur avancement, des informations supplémentaires pouvant devenir disponibles et des prévisions géologiques pouvant s'avérer nécessaires pour orienter le programme de fouilles au fur et à mesure de l'avancement des travaux.

Il faut comprendre que la défaillance d'un grand barrage entraîne une catastrophe généralisée en aval, une catastrophe impliquant correctement et des centaines de vies. Les ingénieurs et leur personnel ont donc une responsabilité extraordinaire. Les problèmes géologiques à certains endroits peuvent survenir de manière inattendue et peuvent être complexes, nécessitant une analyse par un professionnel hautement qualifié.

Il n'est peut-être pas déplacé de mentionner qu'il est vrai que de nombreuses défaillances de barrage se produisent non pas en raison d'une conception défectueuse de la structure elle-même, mais en raison de telles conditions géologiques qui n'étaient pas suffisamment bien comprises à l'avance. Si la gravité des infiltrations au sol était passée inaperçue et que le barrage était construit avec des dépenses élevées, le barrage pourrait même rester fort et robuste, mais sans augmenter le niveau de l'eau en amont, ce qui irait à l'encontre de son objectif.

L'auteur est tenté de citer les mots les plus touchants suivants du grand géologue. Berkey dans son article Responsabilités des géologues dans les projets d'ingénierie.

Les barrages doivent subsister. Tous ne le font pas, et il y a tous des degrés d'incertitude à leur sujet. Les réservoirs doivent contenir de l'eau. Tous ne le font pas, et il existe de nombreuses façons de perdre de l’eau.

Le travail doit être effectué en toute sécurité comme un travail de construction. Tous ne le sont pas, il existe de nombreuses sources de danger.

Toute la structure doit être permanente et le travail a le droit d'être effectué dans les limites du devis d'origine. Tous ne le sont pas et il y a de nombreuses raisons à leur échec ou à leur surcoût, la plupart d’entre elles étant géologiques ou liées à une dépendance géologique.

Types et objectifs des barrages:

Les barrages sont construits pour servir de barrières à la mise en fourrière des eaux destinées à diverses fins. Les principales utilisations consistent à réguler et à stocker les cours d'eau pour l'alimentation en eau collective ou industrielle, l'électricité, l'irrigation, le contrôle des crues, la régulation des sédiments, etc.

Les principales catégories de barrages sont les barrages en terre ou enrochement et en maçonnerie. La sélection du type de terre ou de rocher dépend des fondations, des sources de matériau et, bien sûr, de l’économie du projet. Dans les situations où le matériau sous-jacent est trop faible pour supporter un barrage en maçonnerie et que des roches solides n'existent que dans de très grandes profondeurs, des barrages en terre ou remplis de roches sont utilisés.

Là où des roches imperméables sont présentes sur le site à de faibles profondeurs et suffisamment solides pour supporter une structure de maçonnerie, un barrage en maçonnerie ou un barrage en terre peuvent être construits. Le choix serait le résultat d'une analyse économique.

Les barrages en terre peuvent être imperméables de manière homogène ou être pourvus de noyaux et de revêtements imperméables. Les types habituels de barrages en béton sont la gravité, les voûtes et les contreforts. Les barrages en terre et aussi en maçonnerie nécessitent des sources économiques du matériel nécessaire à la construction.

6. tunnels:

Peut-être que dans aucun autre projet d'ingénierie, la faisabilité, la planification, le calcul des coûts, la conception, les techniques utilisées et le risque d'accidents graves lors de la construction ne sont aussi dépendants de la géologie du site que de la construction de tunnels.

Alors que la zone dans laquelle un tunnel est construit est déterminée par son objectif, la décision de créer un tunnel (plutôt que de construire un pont) est influencée par les difficultés géologiques relatives. La ligne de tunnel précise peut être choisie en choisissant des conditions géologiques locales favorables ou difficiles.

La facilité relative d’extraction des roches et la stabilité de la roche et de la face sont les principaux facteurs de la vitesse de progression et des coûts de fixation, ainsi que de la possibilité d’utiliser un appareil de forage de roche et de déterminer si le sol nécessite un support et si il est nécessaire d'utiliser de l'air comprimé.

Par exemple, si un canal enfoui ou un affouillement profond recouvert de sable et de gravier saturés rencontraient des imprévus, la présence de fuites d’eau sur la face du tunnel entraînerait un grave accident.

Dans un projet de tunneling, les facteurs géologiques suivants doivent être pris en compte:

(a) La facilité d'extraction des roches et des sols.

b) La force des roches et la nécessité de les soutenir.

c) Quelle quantité de matière rocheuse est extraite par inadvertance au-delà du périmètre prévu du contour du tunnel (c.-à-d. au-dessus de la rupture) où des explosifs sont utilisés.

(d) Conditions des eaux souterraines présentes et nécessitant leur drainage.

e) La possible température élevée régnant dans les très longs tunnels et le besoin de ventilation qui en découle.

L'ampleur du degré de changement dans les conditions ci-dessus le long de la ligne du tunnel est importante pour la planification et les coûts. Le changement est lié à la structure qui contrôle le type de roche présent dans un certain segment du tunnel et la façon dont les couches de roche et d’autres propriétés anisotropes sont orientées par rapport à la face du tunnel et la quantité affaiblie par la fracture.

Pour l'excavation d'un tunnel, les conditions géologiques idéales sont les suivantes:

(a) Un type de roche est rencontré.

(b) Les zones de faute et les intrusions sont absentes.

(c) Aucune disposition particulière en matière de soutien n'est nécessaire près de la face.

(d) Les roches sont imperméables.

Dans des conditions géologiques uniformes, il peut y avoir un taux de progression uniforme sans qu'il faille perdre du temps en changements de technique et en élaborant des aménagements vulnérables. La capacité de la roche à couper et le facteur coût sont des considérations importantes.

La construction est rendue très coûteuse dans les situations suivantes:

(a) On rencontre une grande quantité d'eau.

(b) En raison de la température excessive de la roche, l'endroit n'est pas adapté aux travailleurs.

c) La roche est chargée de gaz nocifs.

Tunnels en sol meuble:

Dans les cas où un tunnel est creusé à faible profondeur (disons à une profondeur d'environ 15 m), il existe un risque d'effondrement du toit et de collapsus dus à la pression radiale. Il faut donc prendre des précautions lors de l'opération et de la doublure.

Dans les cas où un tunnel est creusé à grande profondeur (par exemple, à des profondeurs de 30 à 60 m), le matériau consolidé peut bien résister à moins qu'il ne soit fortement imbibé d'eau. Dans ce cas, la pression sur le toit et les côtés sera moindre et il y aura moins de risque de chute de roche du haut et des côtés. Le tunnel doit cependant être longé.

Dans ce cas, les températures des roches sont élevées. Plus le tunnel est profond, plus la température sera élevée. La température élevée peut être surmontée en arrosant ou en fournissant un souffle froid. Il est peu probable que l'on rencontre de l'eau de source dans ce cas. Il peut ne pas être nécessaire de boiser, sauf dans quelques cas. La doublure peut aussi être évitée.

Tunnels dans les roches sédimentaires:

Dans ces cas, des ressorts lourds peuvent être rencontrés. Il est donc nécessaire de prévoir une doublure. Parfois, des gaz carbonés sont rencontrés et ils sont surmontés par jet d'eau.

Tunnels dans les roches métamorphiques:

La progression du tunneling dépend de la nature des roches et de leurs propriétés telles que la dureté, la cohésion. L'excavation pour le tunnel est assez facile dans les roches consolidées comme les roches ignées et métamorphiques. Ex: granit, calcaire, marbre.

Dans le cas des roches sédimentaires stratifiées, la conduite des tunnels devrait se situer le long de la couche de lits, de sorte que les mêmes lits se rencontrent dans la direction du progrès et que les conditions de travail soient les mêmes. Dans les formations sédimentaires, la partie principale du tunnel peut être située dans du schiste et de la marne, car le processus de coupe sera facile.

En outre, le grès supérieur servira de bon toit, tandis que le calcaire dur inférieur pourra servir de bon plancher. Fournir un tunnel en grès dans des couches inclinées est dangereux. Dans des conditions de roche sèche, l'état peut ne pas être dangereux, mais lorsque l'eau s'infiltre, les conditions deviennent dangereuses (Fig. 18.17).

Dans les roches stratifiées composées de feuilles plus minces, un ou plusieurs lits sont exposés au tunnel et l’eau peut trouver son chemin. Il y a des chances de mouvements le long des plans du lit et il est possible que toute la longueur du tunnel soit soumise à un cisaillement.

Lorsque les couches sont fortement inclinées, nous devrions éviter de placer le tunnel dans du grès. De plus, il est déconseillé de placer le tunnel entre le grès et le schiste, car le grès risque de glisser contre le schiste et de bloquer le tunnel.

Tunnels en couches obliques:

Dans ce cas, si le tunnel est traversé par la direction d’une couche inclinée, il est probable que l’eau rencontre le plus de problèmes. Il y a un risque de glissement d'un lit par rapport au lit adjacent situé en dessous.

Tunnels traversant le pli anticlinal:

Dans ce cas, il est à craindre que le toit ne tombe sous la voûte du pli juste au-dessus du tunnel.

Tunnels traversant le pli synclinal:

Dans ce cas, il y aura de sérieux problèmes d’eau dans des conditions artésiennes dans les lits poreux de la section.

Méthodes d'excavation:

Lorsqu'un tunnel doit être construit à travers un sol non cohésif ou des roches faibles (molles), le principal problème consiste à soutenir le sol plutôt que de le creuser. Les travaux d'excavation sont généralement effectués à l'aide d'un tunnelier à sol mou équipé d'une tête de coupe rotative. Cela peut avoir un système d’allaitement rotatif sur toute la face qui reste en contact avec la face du sol lorsque la tête de coupe avance.

De petites tranches de sol sont introduites dans la tête de coupe par des fentes. La face de travail est supportée par un fluide comprimé qui peut être de l'air comprimé dans le tunnel ou lorsqu'une machine complexe est utilisée, limité à la surface de la face par une cloison étanche.

La méthode antérieure consistant à avoir de l'air comprimé dans le tunnel lui-même comporte un risque d'incapacité pour les travailleurs et exige du temps non productif passé à la fin de chaque quart de travail sur la décompression.

Dans les derniers développements réussis, une boue de boue et d’eau additionnée d’argile thixotropique est utilisée au lieu de l’air. L'argile résiste au tassement dans la suspension et a tendance à former un gâteau de scellement sur le visage. Au fur et à mesure que la machine avance, des supports sont installés derrière elle.

Le principal facteur déterminant le taux de progression et les coûts de construction du tunnel en roches fortes (dures) est principalement la facilité relative d'excavation. Dans la méthode traditionnelle, les sections successives du tunnel sont dynamitées en perçant une série de trous dans la roche et en les chargeant d'explosifs et en les tirant.

La nécessité de tout support et du type de support à fournir dépend de la stabilité relative du toit ainsi que des murs du tunnel. Des boulons d'ancrage et des treillis métalliques largement espacés peuvent être utilisés pour les petits fragments lâches, tandis que des anneaux espacés peuvent être utilisés lorsqu'il existe un risque de chute de roches.

Ces derniers temps, l'utilisation d'explosifs est progressivement remplacée par des appareils de forage pour certains types de grands tunnels. Les machines équipées de couteaux spéciaux contenant des plaquettes en carbure de tungstène très rapprochées peuvent traiter des roches ayant une résistance à la compression supérieure à 300 MN / m ² .

Difficultés liées aux conditions géologiques locales:

Lors de la manipulation de tunnels de roche molle, des roches hétérogènes ou des conditions variables sur la face du tunnel peuvent poser de graves problèmes, augmentant les coûts. Si une argile de bloc ou un autre sol comportant de gros cailloux se heurte à un problème presque impossible, il est possible que le système fonctionne avec des machines à surface lisse.

Les couteaux à roches dures sont efficaces pour les blocs durs mais peuvent ne pas être utilisés dans les sols meubles. La variation de la résistance des sols le long de la ligne du tunnel doit être anticipée afin qu'un support approprié puisse être utilisé lors de l'excavation de la face du tunnel. Une incapacité à le faire peut conduire à une excavation excessive.

Outre les variations évidentes de résistance entre les types de sol (par exemple entre le sable non cohésif et l'argile partiellement consolidée), les variations liées à la porosité et à la saturation peuvent produire des différences significatives. Une légère variation de la teneur en eau peut transformer un sol par ailleurs stable en sol glissant. Les sols d'un site instable peuvent être consolidés en y injectant des produits chimiques ou du ciment ou en les gelant.

En creusant des tunnels à travers des roches dures, la difficulté relative à l’excavation de roches particulières dépend en partie de l’utilisation d’explosifs ou d’un perforateur. Néanmoins, les deux méthodes partagent certains facteurs importants. Dans les deux cas, la vitesse d'excavation est inversement liée à la résistance à l'écrasement des roches et directement à la quantité de fracturation.

Dans le processus d’utilisation d’explosifs, la relation entre la résistance et la force est compliquée par la manière dont certaines roches non cassantes fragiles, comme le mica-schiste, réagissent au souffle et ne tirent pas bien pour une charge donnée et par le rôle beaucoup plus important que la fracturation pièces.

Les fractures servent non seulement de voies d’expansion des gaz dus à l’explosion, mais également de plans de faiblesse le long desquels la roche se séparera. Dans les tunnels, la facilité de forage des trous de tir dépend de la dureté et de l'abrasivité de la face rocheuse, ainsi que de la variation de la dureté à l'intérieur de celle-ci. Le foret peut avoir tendance à être dévié à une frontière nette entre les états dur et mou.

Les minéraux durs les plus susceptibles de poser problème sont les variétés de silice telles que le quartz, le silex ou le chert qui peuvent se présenter sous forme de veines ou de concrétions nodulaires. Les schistes contenant des nodules de ironstone peuvent également poser problème en tant que mélange délicat. Des minéraux relativement durs et des roches fortes se forment souvent par métamorphisme thermique.

Un schiste calcaire faible et mou peut se transformer en un fort calchornfels dur. Ceci s’est avéré être un facteur géologique important dans certains projets hydroélectriques où le réservoir est situé sur un site en hauteur, ce qui correspond à une sur-récolte de grande intrusion de granite.

La construction de tunnels dans la zone thermique tend à devenir de plus en plus difficile à l'approche du granite. Une extraction excessive de la matière rocheuse due à des plans d'affaiblissement peut entraîner une rupture et des chutes de toit.

Un certain pourcentage d'excès d'excavation par rapport à celui correspondant à la section parfaite est généralement couvert par le contrat. La rupture qui se produit lors de l'excavation dépend de l'intensité de la jointure et de la présence d'autres plans de faiblesse, tels que des plans de litage, des schistosités. En général, les roches bien stratifiées avec des fractures donnent naissance à des éclats, tandis que des roches uniformes massives correctement dynamitées donnent une section propre.

Les éclosions excessives et le risque de chute de roches du toit sont responsables dans les situations suivantes:

(a) Aux zones de la faille, en particulier s'il s'agit de brèches assez collées.

(b) Aux digues plus étroites que le tunnel qui ont développé des joints.

(c) Aux axes synclinaux où des joints de tension existent.

(d) Au niveau de couches de roches fragmentaires faiblement compactées.

(e) Lorsque des couches minces de roches fortes et faibles sont présentes (altérations de calcaire et de schiste, par exemple) au niveau du toit ou au bord du tunnel, elles ont un pendage important.

Infiltration dans un tunnel:

L’importance des infiltrations dans un tunnel à travers des roches et des joints perméables est un facteur important qui mérite d’être pris en compte. Cela devrait être évalué à partir d'une connaissance des conditions des eaux souterraines, de la perméabilité globale des roches et de la structure géologique.

Par exemple, le granite, le gneiss, le schiste et les roches cristallines de ce type sont généralement secs, sauf en cas de risque d'écoulement le long des joints et des failles et peut-être en marge des dykes qui les coupent.

Dans le cas de roches perméables, l'écoulement des eaux souterraines dans le tunnel augmentera probablement dans la zone des failles et sur les axes du synclinal. Les fissures remplies d'eau, en particulier dans le calcaire, présentent un grave danger. Ceci doit être assuré contre en sondant devant le front de taille avec de petits trous horizontaux.