classifications

Il existe une multitude de méthodes de classification en fonction de l'excavabilité des massifs, dont voici les principales :

ŸMethode d'Atkinson

ŸMethode de Franklin

ŸMethode de Weaver

ŸMethode de Kirsten

ŸMethode d'Abdullatif et Cruden

ŸMethode de Scoble et Muftuoglu

ŸMethode de Hadjigeorgiou et Scoble

ŸMethode de Singh

ŸMethode de Romana

Méthode d’Atkinson :

Il a proposé des zones d’application pour chaque type de machine en fonction exclusivement de la résistance à la compression simple des roches.

domaines d'utilisation des machines en fonction de la résistance à la compression (Atkinson, 1977) (extrait de l'ouvrage [1])

Méthode de Franklin :

Il a proposé de classer les massifs rocheux en fonction de 2 paramètres :

§ Is : indice de résistance sous charge ponctuelle.

§ If : indice d’espacement entre les fractures.

Ceci donne lieu à une classification du type "résistance-taille" pour l’étude des méthodes d’excavation (de manière générale, on ne spécifie pas le type de machine), ainsi que des relations entre Is et If et d’autres paramètres géomécaniques.

classification des massifs rocheux en fonction de leur excavabilité (Franklin et al, 1971)
(extrait de l'ouvrage [1])

Méthode de Weaver :

Il a déterminé le degré de ripabilité d’un massif rocheux grâce à la valorisation de 7 facteurs, dont les plus importants sont :

§ L’espacement entre joints
§ Vitesse sismique
§ Orientation / direction des discontinuités
§ Dureté

Ceci donne lieu à une table où sont proposés certains types de machines en fonction de ces paramètres :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
CLASSE DE ROCHE	I	II	III	IV	V
DESCRIPTION	très bonne	bonne	moyenne	médiocre	très médiocre
VITESSE SISMIQUE (m/s)	>2150	2150-1850	1850-1500	1500-1200	1200-450
NOTES	26	24	20	12	5
DURETE	extrêmement dure	très dure	dure	tendre	très tendre
NOTES	10	5	2	1	0
ALTERATION	saine	légèrement altérée	altérée	très altérée	complètement altérée
NOTES	9	7	5	3	1
ESPACEMENT JOINTS (m)	>3000	3000-1000	1000-300	300-50	<50
NOTES	30	25	20	10	5
CONTINUITE JOINTS	discontinus	peu continus	continus sans remplissage	continus avec quelque remplissage	continus avec remplissage
NOTES	5	5	3	0	0
REMPLISSAGE JOINTS	fermés	séparés	séparation < 1 mm	remplissage < 5 mm	remplissage > 5 mm
NOTES	5	5	4	3	1
ORIENTATION ET DIRECTION PENDAGE	très défavorable	défavorable	peu défavorable	favorable	très favorable
NOTES	15	13	10	5	3
NOTES TOTALES	100-90	90-70	70-50	50-25	<25
RIPABILITE	explosions	extrêmement difficile : explosions	très difficile	difficile	facile
MACHINES	-	DD9G/D9G	D9/D8	D8/D7	D7
PUISSANCE (CV)	-	770/385	385/270	270/180	180
kW	-	575/290	290/200	200/135	135

Méthode de Kirsten :

Il propose un système de classification pour l’excavation des massifs rocheux basé sur l’indice suivant :

N = Ms*(RQD/Jn)*Js*(Jr/Ja) ,

avec :

§ Ms : résistance à la compression des roches (MPa)
§ RQD : Rock Quality Designation (%)
§ Jn, Jr : paramètres du système de Barton
§ Js : valeur de la disposition relative des blocs inclinés selon la direction d’abattage (matériau intact : Js = 1)
§ Ja : facteur d’altération du joint

Selon l’indice N, on évalue la facilité d’abattage par ripage sous la forme suivante :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
RIPPAGE	N
facile	1-10
difficile	10-100
très difficile	100-1.000
extrêmement difficile : explosions	1.000-10.000
explosions	>10.000

Méthode d’Abdullatif et Cruden :

Comme résultat d’une enquête menée sur 23 projets, ils ont estimé que l’excavation est possible jusqu’à un RMR de 30 et rippable jusqu’à 60. Les massifs considérés comme de "meilleure qualité" doivent faire l’objet de perforations avec usage d’explosifs.

(techniques d'excavation en fonction des indices de qualité RMR et Q (Abdullatif et Cruden, 1983) extrait de l'ouvrage [1])

Méthode de Scoble et Muftuoglu :

Ceux-ci ont défini un indice d’excavabilité IE, en combinant 4 paramètres géomécaniques :

§ Résistance à la compression simple
§ Extension de la météorisation
§ Espacement des joints
§ Espacement des plans de stratifications

On a ainsi :

IE = W + S + J + B , avec les valeurs données dans le tableau suivant :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
PARAMETRES	CLASSES DE MASSIFS ROCHEUX
PARAMETRES	1	2	3	4	5
ALTERATION	intense	élevée	moyenne	légère	nulle
NOTES (W)	<0	5	15	20	25
RESISTANCE DE LA ROCHE (Mpa)	<20	20-40	40-60	60-100	>100
COMPRESSION SIMPLE (Mpa) Is(50)	<0,5	0,5-1,5	1,5-2	2-3,5	>3,5
NOTES (S)	0	10	15	20	25
SEPARATION DIACLASES (m)	0,3	0,6-1,5	0,6-1,5	1,5-2	>2
NOTES (J)	5	15	30	45	50
TAILLE STRATES (m)	<0,1	0,1-0,3	0,3-0,6	0,6-1,5	>1,5
NOTES (B)	0	5	10	20	30
IE = W+S+J+B	<5	35	70	105	130

En fonction de l’indice IE, ils proposent la classification suivante :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
CLASSE	EXCAVATION	IE	MACHINE	MODELES
1	très facile	<40	tracteurs de rippage draguelines excavatrices	tracteur (cat D8) dragueline > 5 m³ (Lima 2400) excavatrice à câbles > 3 m³ (Ruston Bucyrus 71 RB)
2	facile	40-50	tracteurs de rippage draguelines excavatrices	tracteur (cat D9) dragueline > 8 m³ (Marion 195) excavatrice à câbles > 5 m³(Ruston Bucyrus 150 RB)
3	moyennement difficile	50-60	draguelines excavatrices	tracteur-excavatrice-pelle chargeuse (cat D9) excavatrice hydraulique > 3 m³ (cat 245)
4	difficile	60-70	draguelines excavatrices	tracteur-excavatrice-pelle chargeuse (cat D10) excavatrice hydraulique > 3 m³ (cat 245 ou O&K RH40)
5	très difficile	70-95	excavatrices	excavatrice hydraulique > 3 m³ (cat 245 ou O&K RH40)
6	extrêmement difficile	95-100		Demag H111 excavatrices Poclain 1000 CK hydrauliques P&H 1200 > 7 m³ RH 75
7	marginale sans explosions	>100		Demag H185 excavatrices Demag H241 hydrauliques O&K RH 300 > 10 m³

Méthode de Hadjigeorgiou et Scoble :

Ils ont proposé un nouveau système de classification empirique pour évaluer la facilité d’excavation des massifs rocheux, en combinant les 4 paramètres suivants :

§ Résistance sous charge ponctuelle

§ Taille des blocs

§ Altération

§ Disposition structurelle relative

Ainsi l’indice d’excavabilité devient ici :

IE = (Is + Bs)*W*Js

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
PARAMETRES	CLASSES DE MASSIFS ROCHEUX
PARAMETRES	1	2	3	4	5
RESISTANCE SOUS CHARGE PONCTUELLE : Is(50) NOTES (Is)	0,5 0	0,5-1,5 10	1,5-2 15	2-3,5 20	>3,5 25
TAILLE DES BLOCS Jv (JOINTS/m³) NOTES (Bs)	+ petits 30 5	petits 10-30 15	moyens 3-10 30	grands 1-3 45	très grands 1 50
ALTERATION NOTES (W)	0,6	0,7	0,8	0,9	1
DISPOSITION STRUCTURELLE RELATIVE NOTES (Js)	très favorable 0,5	favorable 0,7	légèrement favorable 1	défavorable 1,3	très défavorable 1,5

C’est ainsi qu’ils proposent la classification suivante des massifs rocheux :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
CLASSES	FACILITE D’EXCAVATION	INDICE D’EXCAVABILITE
1	très facile	<20
2	facile	20-30
3	difficile	30-45
4	très difficile	45-55
5	explosions	>55

Méthode de Singh :

Avec l’aide de ses collaborateurs, il a défini un nouvel indice de rippabilité IR, afin d’évaluer la facilité avec laquelle a lieu l’abattage mécanique. Les paramètres pris en considération sont les suivants :

§L’espacement entre discontinuités

§Résistance à la traction

§Degré de météorisation

§Degré d’abrasivité (indice "Cerchar")

Ainsi, ils ont proposé la classification suivante des massifs rocheux, en fonction de leur rippabilité ou de la facilité d’abattage mécanique des tracteurs à chenille :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
PARAMETRES	CLASSES DE MASSIFS ROCHEUX
PARAMETRES	1	2	3	4	5
RESISTANCE A LA TRACTION (MPa)	<2	2-6	6-10	10-15	>15
NOTES	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20
DEGRE D’ALTERATION	complet	élevé	moyen	léger	nul
NOTES	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20
DEGRE D’ABRASIVITE	très faible	faible	moyen	élevé	extrême
NOTES	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20
ESPACEMENT ENTRE DISCONTINUITES (m)	<0,06	0,06-0,3	0,3-1	1-2	>2
NOTES	0-10	10-20	20-30	30-40	40-50
NOTES TOTALES	<22	22-44	44-66	66-88	>88
RIPPABILITE	facile	moyenne	difficile	marginale	explosions
TRACTEUR RECOMMANDE	léger	moyen	lourd	très lourd	très lourd
PUISSANCE (kW)	<150	150-250	250-350	>350	-
POIDS (t)	<25	25-35	35-55	>55	-

La somme des notes obtenues pour chaque paramètre conduit à la classification suivante :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
SOMME DES PARAMETRES	RIPPABILITE
<22	facile
22-44	moyenne
44-66	difficile
66-88	marginale
>88	fragmentation par explosions

Il existe également une classification de type "poids-puissance" pour ces types de tracteurs :

classification des tracteurs à chenille en fonction de leurs poids et de leurs puissances
(extrait de l'ouvrage [1])

Méthode de Romana :

Il a proposé en 1981 une classification très simplifiée des massifs rocheux en se basant sur 2 paramètres principaux :

§ Résistance à la compression simple
§ Indice RQD

Dans une version actualisée (1993), il propose de tenir également compte d’un troisième paramètre :

§ L’abrasivité

Concernant la résistance à la compression simple, il utilise la classification suivante, proposée par la Société Internationale de Mécanique des Roches :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
Rc (MPa)	MATERIAU	RESISTANCE
<0,6 0,6-2 2-6 6-20 20-60 60-200 >200	sol transition roche roche roche roche roche	- - très faible faible moyenne élevée très élevée

Pour le RQD, il utilise la classification de Deere :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
RQD (%)	QUALITE DU MASSIF
0-25 25-50 50-75 75-90 90-100	très médiocre médiocre moyenne bonne très bonne

Pour l’abrasivité, il propose la classification suivante, basée sur la teneur équivalente en quartz :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
TENEUR EQUIVALENTE EN QUARTZ (%)	CONDITIONS D’EXCAVATION MECANIQUE
<40 40-60 60-80 >80	économiquement rentable possible possible, coûts élevés non rentable économiquement

Ainsi, il propose en série de recommandations, concernant :

Ü L’utilisation de tunneliers dans de la roche compacte (RQD > 90 %) :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
Rc (MPa)	CONDITIONS D’EXCAVATION
6-12 12-20 20-60 60-150 150-200 >200	possible, problèmes d’appui possible, très bien adapté possible, très bien adapté possible, problèmes d’appui possible ? difficultés de découpage non viable

Ü L’utilisation de tunneliers en fonction des nécessités en soutènement du massif excavé :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
RMR		RQD	CONDITIONS D’UTILISATION DES TBM SANS BOUCLIER EN FONCTION DU SOUTENEMENT
valeur	classe
80-100 60-80 50-60 40-50 20-40 0-20	I II III a III b IV V	>90 70-90 50-70 40-50 25-40 <25	excellentes– rendements très élevés bonnes – rendements élevés adaptées – faibles rendements peu adaptées tolérables pour de petites distances totalement inadaptées

Ü L’utilisation des machines à attaque ponctuelle (RQD > 90 %) :

(tableau extrait de l'ouvrage [1])
Rc (MPa)	CONDITIONS D’EXCAVATION	POIDS DES MACHINES (t)
Rc (MPa)	CONDITIONS D’EXCAVATION	30-50	50-80	>80
2-6 6-12 12-20 20-60 60-120 >120	problèmes d’appui problèmes d’appui normales normales non économiquement viables impossibles	adapté adapté possible - - -	possible adapté adapté adapté - -	- possible adapté adapté possible ? -

De manière générale, il propose la classification de la figure suivante, où sont indiqués les domaines d’application des différentes méthodes d’excavation (selon l’auteur, cette classification est purement indicative et doit être utilisée avec prudence dans la phase d’avant-projet) :

choix des méthodes d'abattage (extrait de l'ouvrage [3])

Classifications des massif rocheux en fonction de leur excavabilité

CLASSE DE ROCHE

I

II

III

IV

V

DESCRIPTION

VITESSE SISMIQUE (m/s)

>2150

NOTES

26

24

20

12

5

DURETE

NOTES

10

5

2

1

0

ALTERATION

NOTES

9

7

5

3

1

ESPACEMENT JOINTS (m)

NOTES

CONTINUITE JOINTS

NOTES

5

5

3

0

0

REMPLISSAGE JOINTS

NOTES

5

5

4

3

1

ORIENTATION ET DIRECTION PENDAGE

NOTES

15

13

10

5

3

RIPABILITE

MACHINES

PUISSANCE (CV)

kW

ALTERATION

NOTES (W)

RESISTANCE DE LA ROCHE (Mpa)

COMPRESSION SIMPLE (Mpa)

Is(50)

NOTES (S)

0

10

15

20

25

SEPARATION DIACLASES (m)

NOTES (J)

5

15

30

45

50

TAILLE STRATES (m)

NOTES (B)

0

5

10