Etude expérimentale et numérique du comportement mécanique des roches dures soumises aux contraintes mécaniques et aux hautes températures

Abstract

Cette thèse traite de deux sujets importants de la mécanique des roches et ses applications en ingénierie. Premièrement nous avons effectué l’étude expérimentale et numérique d’un spécimen de roche soumis à l’action du feu ISO et d’un chargement mécanique. Trois types de roches ont été considérés : le granite, le grès et le gneiss. A partir de la deuxième loi de Newton, nous avons établit un modèle décrivant la dynamique du spécimen de roche soumis au feu et au chargement mécanique uniaxial. Par la suite, en utilisant la relation contrainte – déformation nous avons introduit la non linéarité matérielle, caractéristique des roches dures dans le modèle. La résolution numérique des équations obtenues par la méthode des différences finis, montre globalement que l’amplitude de la contrainte interne du spécimen décroit graduellement avec l’augmentation de la température. Les résultats expérimentaux montrent également une baisse des résistances à la compression et à la traction avec l’augmentation de la température. Ces résultats numériques et expérimentaux montrent tous comment le feu réduit les performances mécaniques des roches dures et par conséquent l’énergie mécanique nécessaire pour les fragmenter. De plus, les résultats montrent qu’au-delà de 600°C, la rigidité des roches dures chute d’au moins 50%. Deuxièmement nous utilisons le code CAST3M pour l’analyse numérique en dimension deux, de la redistribution des contraintes et déformations autour des excavations souterraines. Pour une excavation ouverte dans le massif granitique considéré, l’intensité des contraintes horizontales obtenue autour de l’excavation en forme d’anse de panier semble être la plus faible comparativement aux formes rectangulaires, trapézoïdales, et en voûte. Par conséquent pour ce massif, cette forme d’anse de panier est recommandée pour une bonne stabilité et un meilleur design des ouvrages souterrains. Les résultats numériques montrent également que l’intensité de la redistribution des contraintes pour un massif présentant une isotropie transverse est plus faible que pour un massif isotrope. Par conséquent, l’anisotropie du massif considéré améliore la stabilité de l’ouvrage.