Collapse/subsidence : role and influence of overburden in Lorraine iron mines case

International audienceThis paper presents several large-scale numerical modellings of valley and tray situations with the presence or not of vertical fractures. Through these modellings, we firstly attempt to evaluate an influence zone, in terms of stress variations induced by the creation of the valley. Next we study more particularly the behaviour of a stiff overburden, according to situations, with the aim to estimate if a valley and/or the presence of subvertical fractures influence the overburden massivity.Ce papier présente plusieurs modélisations à grande échelle d'une situation de vallée et de plateau en présence ou non d'une fracturation verticale. A travers ces modélisations, nous tentons d'évaluer une zone d'influence, en termes de variations de contraintes induites par la création de la vallée. Puis nous étudions plus particulièrement le comportement d'une couverture raide, en fonction des situations, dans l'objectif d'estimer si une vallée et/ou une fracturation subverticale influencent la massivité du recouvremen

Etude de la vulnérabilité du bâti soumis aux conséquences des affaissements miniers

International audienceRecent mining subsidences that took place at the end of the 1990s in the iron-ore field cause building damage and put the emphasis on some problems. In particular, is it possible to estimate building vulnerability which is located on ground which may subside? Previous works in this domain, in addition with an own statistical study performed on observations collected in the iron-ore field, a new methods is offered. This is inspired by well-known seismic methods in order to increase its accuracy and pertinence.Les récents affaissements miniers qui se sont produits à la fin des années 90 dans le bassin ferrifère lorrain ont été à l'origine d'importantes dégradations du bâti. L'existence d'ouvrages miniers abandonnés en grande quantité nécessite d'élaborer des méthodes permettant d'évaluer la vulnérabilité des enjeux. A partir des travaux déjà réalisés dans ce domaine, ainsi que d'une analyse de données sur les dégradations observées dans le bassin ferrifère lorrain, une nouvelle approche est proposée. Cette approche s'inspire des méthodes employées dans le domaine sismique pour aboutir à une prise en compte de l'intensité du phénomène et de la diversité des constructions de manière plus pertinente et précise

The Take into account of soil-structure interaction phenomena to study mining subsidence consequences on buildings

The authors used a numerical finite element software for several modellings to study soil-structure interaction phenomena which occur during mining subsidences. We broke down the ground movements into several basic movements to highlight the impact and relative importance of each other (ground curvature and horizontal strain). We elaborate synthetic schemes of the ground and structure behaviour which improve the traditional apprehension of phenomena.Les auteurs ont utilisé un code de calcul aux éléments finis pour étudier les phénomènes d'interaction sol-structure qui ont lieu durant les affaissements miniers. Nous avons distingué les différents mouvements des terrains (déformation horizontale et courbure) afin de mettre en évidence leur impacte respective. Nous avons élaboré des schémas synthétiques, du comportement des terrains et des structures, qui permettent d'améliorer la conception traditionnelle des phénomènes en place

Etude des conséquences des affaissements miniers sur le bâti par la modélisation numérique

Mining subsidence generates great displacements of the ground surface which may be responsible of building damage. Estimation of ground displacements are well-known but their transfer to the structure need more studies. We will first present different numerical strategies for the take into account of soil-structure interaction. Then we will present a global finite element model which allowed us to study behaviour of different kind of structures. In particular we show some results for a rigid structure (raft) and for a soft one (framed structure).Les affaissements miniers, en provoquant d'importants déplacements de la surface des terrains peuvent être à l'origine de dégradations dans les structures. Si la prévision des mouvements du terrain est bien acquise, celle de leurs transferts aux ouvrages l'est nettement moins. Après une étude des différentes possibilités de modélisation du problème pour prendre en compte les phénomènes d'interaction sol-structure, nous présentons un modèle global de type éléments finis. Ce dernier nous a permis d'étudier le comportement de différents types de structures. En particulier, nous montrons les résultats de calculs pour une structure rigide (radier) et une autre plus souple (portique)

Effect of subsidence on structures built over old mining works in french iron basin

All mining works can generate strata movements and lead sometimes to serious consequences to structures. This paper presents an original analysis of mining subsidence effects on surface structures. We present in the first part of this paper the results of a numerical model, which allows a global understanding of the structure cracking process. A real subsidence profile was applied at the bottom boundary of a finite element model and soil-structure interaction was studied by introducing a simplified structure at the top of the numerical model. A critical analysis was then carried out with the previous parameters which were supposed to be responsible for rupture. The second part is about the built of a better numerical model. This goal led us to make a synthesis of different countries formulas used to estimate the subsidence parameters such as horizontal strains.Toute exploitation minière peut engendrer des mouvements du terrain et entraîner des conséquences parfois graves sur les structures. Cet article présente une étude originale des conséquences d'affaissements miniers sur des structures de surface. Nous présentons dans un premier temps les résultats d'une étude numérique qui a permis une compréhension globale du processus de dégradation. Un profil d'affaissement réel a été appliqué à la base du modèle et l'interaction sol-structure a été étudiée en introduisant une structure simplifiée à la surface du modèle. Nous procédé à une interprétation critique des paramètres qui sont supposés être à l'origine des dégradations. La seconde partie traite de l'élaboration d'un modèle numérique amélioré. Cet objectif nous a conduit à réaliser une synthèse de formules provenant de différents pays, permettant l'estimation des paramètres d'affaissements comme les déformations horizontales

Influence du temps sur le comportement du gypse

International audienceThe underground quarry of Grozon gypsum shows instabilities that are a function of the exploitation age. Moreover, the minerals are strongly dissolved in the oldest districts. Concerning the physical properties and instantaneous mechanical behaviour, few differences are to be noted. However the time depended mechanical behaviour from this material is strongly influenced by the hygrometry. The more it is raised, the more deformation rate increase. The acceleration of deformation rate is also for the old working. A Lemaitre like creep law allowed some simulations.La carrière souterraine de gypse située sur la commune de Grozon (Jura) présente de nombreuses instabilités dont l'ampleur est fonction de l'âge d'exploitation des quartiers. Les minéraux constitutifs sont dissous dans les quartiers les plus âgés, illustration du vieillissement du massif rocheux. Les propriétés physiques et mécaniques instantanées sont peu différentes entre les quartiers. Cependant, le comportement mécanique différé est influencé par l'Hygrométrie dans la carrière : plus celle-ci est élevée, plus les vitesses de déformation augmentent. Ces vitesses de déformation sont également plus rapides pour les quartiers les plus anciens. Enfin, une simulation des résultats des essais de fluage a été tentée en utilisant une loi de comportement du type Lemaitre

Auscultation et surveillance des pertubations hydromécaniques d'ouvrages souterrains par la mesure et l'analyse de la propagation d'ondes dans les roches

International audienceThe excavation of a drift creates a disturbed zone, which is called EDZ (Excavation Disturbed or Damaged Zone). The study of the mechanical characteristics of this zone is essential to estimate the stability of such a drift at short, mean or long term. The propagation of ultrasonic waves is used as a mean of analysis in rock mechanics since the 1960s. Initially, it was used to determine the dynamic elastic properties. Then, it was gradually adapted to the study of the other properties of the material such as cracking, porosity, saturation, etc. With the computer tools continuously more powerful, a more elaborated treatment of the signals became possible, which allows characterization of the "EDZ". The Tests carried out in laboratory, allowed us to correlate P-wave and mechanical parameters of the studied media in elastic and plastic phases. Besides, the mechanical modeling of the EDZ around a drift allows understanding the mechanical phenomena on the scale of the work. Finally, the results of an in-site experiment allowed us to locate the EDZ around an underground mine pillar. It contributed to have a better understanding of the mechanical models available and to estimate the pillar stability.Lorsqu'une galerie est excavée, quelle que soit la méthode d'excavation, la roche encaissante subit des perturbations dans une zone dite EDZ (Excavation Disturbed or Damaged Zone). Ces perturbations peuvent se traduire par différents effets allant d'une faible variation de la pression interstitielle à un endommagement important, voire la rupture de l'ouvrage et peuvent mettre en danger la stabilité d'une partie ou de l'ensemble de l'ouvrage souterrain concerné. L'étude des caractéristiques mécaniques de cette zone " EDZ " est essentielle pour estimer la stabilité de l'ouvrage à court, moyen ou long terme. La propagation des ondes ultrasoniques est utilisée comme moyen d'analyse en mécanique des roches depuis les années 1960. Initialement, elle a été mise au point pour déterminer les modules élastiques dynamiques des roches. Ensuite, elle a progressivement été adaptée à l'étude d'autres propriétés du matériau telles que : fissuration, porosité, saturation, etc. Avec les outils informatiques sans cesse plus puissants, un traitement des signaux plus élaboré est devenu possible, ce qui permet d'envisager la caractérisation de l' " EDZ " par cette méthode. Des essais en laboratoire à la fois acoustiques et mécaniques, nous ont permis de relier qualitativement les paramètres de propagation des ondes et les caractéristiques mécaniques du milieu étudié pendant les phases élastique et plastique. Par ailleurs, la modélisation mécanique de l'EDZ autour d'une galerie permet de comprendre les phénomènes mis en jeux à l'échelle de l'ouvrage. Enfin, les résultats d'une expérimentation in situ ont permis de caractériser la distribution de la zone endommagée autour d'un pilier de mine, ce qui a contribué à la vérification des modèles mécaniques existants et à l'estimation de la stabilité de l'ouvrage

Influence de l'hygrométrie sur le comportement différé du gypse en carrière souterraine

National audienceLe comportement différé des piliers de gypse dans les carrières souterraines peut être influencé par les variations de l'hygrométrie. Cette influence a été étudiée en corrélant des mesures de la convergence de plusieurs galeries et celles de l'hygrométrie dans des conditions d'aérage différentes. Des essais de fluage sous hygrométrie contrôlée, réalisés au laboratoire, ont permis de comprendre et modéliser ce comportement

Méthodes de prévision des dégradations des structures bâties en zone d'affaissement minier

National audienceMines and underground quarries, exploited or abandoned, can lead to ground subsidence. Whatever their origin, accident or well-known consequences of actual exploitation, they induce important permanent displacements of the ground surface which can damage buildings. Management of urbanised areas which are concerned, deals with damage criteria and remedying propositions. This paper is about different kinds of methods for building damage prevision from different countries and with different criteria related to the ground, the subsidence and structures. Theses methods are compared with one another and with reality. A statistical study was performed with mining subsidence which occurred in iron mining basin in Lorraine (France) for 1996 to 1999. With almost 400 observations, it shows high correlations between damage level and some characteristic parameters of subsidence or structures. It is then possible to elaborate a method for damage level and risk estimation useful for the iron mining basin in Lorraine.Les mines et carrières souterraines, en activité ou abandonnées, sont susceptibles d'être à l'origine d'affaissements des terrains en surface. Qu'ils résultent de la méthode d'exploitation ou qu'ils s'avèrent accidentels, ces derniers induisent d'importants mouvements permanents en surface qui peuvent entraîner des dégradations du bâti et des infrastructures. La gestion des zones urbanisées concernées passe par la hiérarchisation du risque de dégradation et la proposition de dispositions constructives, préventives et curatives. Cet article s'intéresse à diverses méthodes de prévision des dégradations du bâti, proposées dans différents pays, qui intègrent des paramètres propres aux terrains de recouvrement, propres à l'affaissement et aux structures. Simples ou élaborées, ces méthodes sont comparées entre elles et confrontées à la réalité. Une étude statistique a été menée sur les affaissements miniers qui se sont produits dans le bassin ferrifère lorrain dans la dernière décennie. Regroupant près de 400 individus (constructions), elle met en évidence l'existence de corrélations importantes entre les dégradations et certaines variables caractéristiques de l'affaissement ou de la structure. Il est alors possible d'élaborer une méthode de hiérarchisation du risque de dégradation, propre au bassin ferrifère lorrain