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Les méthodes de consolidation

Les consolidations servent à stabiliser les vides et permettre la construction d’ouvrage en surface. Elles peuvent être réalisées en utilisant différentes techniques, telles que les hagues et bourrages, les piliers à bras, les piliers maçonnés, les injections de béton, les renforcements au moyen de fers à béton, etc. Ces méthodes permettent de consolider les zones affaiblies ou sujettes aux mouvements du sol, assurant ainsi la sécurité des infrastructures et des personnes.

Méthodes de consolidation – Inspection Générale des Carrières

Les piliers tournés

Un pilier tourné est une colonne de matériau souterrain laissée en place entre les zones de creusement lors de l’exploitation. La méthode du pilier tourné est souvent utilisée dans les exploitations minières où la roche environnante est suffisamment solide pour supporter les charges sans nécessiter de renforcement artificiel.

Les hagues et bourrages

La méthode la plus ancienne et économique est la méthode en « Hague et Bourrage« . Elle était utilisée pour organiser les carrières souterraines, en particulier sous Paris et sa banlieue. Elle consistait à extraire la totalité de la matière, puis de combler les vides de la carrière avec des déchets de taille et les bancs de moindre qualité, appelés « bourrage », maintenus en place par des murets de pierres sèches, les « hagues ». Cette méthode permettait d’exploiter les bancs de calcaire de qualité tout en assurant la stabilité des galeries. Des piliers de soutien, appelés « piliers à bras », étaient également construits pour renforcer les hagues et consolider le plafond de la carrière. 

Les piliers à bras et les piliers maçonnés

Un pilier à bras est un empilement de pierre massive dans des carrières de taille variable. On peut aussi bien trouver d’immense pilier que des petits. Ils sont généralement répartis un peu partout pour répartir la charge et forme ainsi de magnifiques forêts de pilier. 

Les piliers maçonnés sont construits en empilant les blocs de pierre de manière solide et en les fixant ensemble à l’aide de chaux ou plus récemment de béton. Cette méthode permet de stabiliser localement les ouvrages sous des constructions comme c’est le cas pour le réservoir de Montsouris, pour le métro ou pour les passages d’aqueducs. 

Les tirants d’ancrages

En géotechnique, les tirants d’ancrages (ou clous) sont des éléments de renforcement utilisés pour stabiliser les terrains instables ou pour renforcer les structures géotechniques telles que les parois rocheuses ou les pentes de talus. Dans les mines et les carrières, les parois rocheuses peuvent être sujettes à des instabilités, telles que des chutes de blocs de roche ou des glissements de terrain. Pour renforcer ces parois, des trous sont forés dans la roche à des intervalles réguliers, en biais ou suivant les failles. Ensuite, des clous de géotechnique, généralement sous forme de barres d’acier filetées, sont insérés dans les trous et scellés avec un coulis de ciment ou de résine. Une fois en place, les clous ancrent la roche en place, réduisant ainsi le risque d’effondrement.

Les voûtes et arches

Les voûtes et arches construites en milieu souterrain représentent des prouesses architecturales qui marient l’esthétique et la fonctionnalité dans des environnements souvent complexes. Ces structures sont conçues pour soutenir la charge du sol au-dessus tout en offrant un aspect visuel distinctif. Les voûtes renforcent la stabilité des espaces souterrains. Les arches, quant à elles, jouent un rôle crucial dans la distribution des charges latérales, aidant à prévenir l’affaissement des parois. Ces éléments architecturaux créent non seulement des espaces souterrains durables et sécurisés, mais également des environnements qui captivent l’imagination par leur ingéniosité et leur beauté.
L’utilisation de voûtes et d’arches en milieu souterrain reflète la créativité des architectes et des ingénieurs, cherchant à concilier la fonction structurelle avec une expression artistique, même dans les profondeurs de la terre.

Les boisages

Un peu dans les carrières, mais plus largement dans les mines, à partir du Moyen Âge jusqu’à l’époque moderne, le moyen de consolidation des galeries et des veines était le boisage. Le boisage est l’installation de supports en bois pour renforcer les galeries ou les tunnels afin d’éviter les effondrements

Deux bois essences de bois sont utilisés :

• Le chêne : le plus solide et résistant à la pourriture, il doit être utilisé dans les endroits chauds et humides.
• Le pin et le sapin sont les plus employés ; ils sont presque aussi solides que le chêne et préviennent avant de casser.

Les effondrements

Les fontis, aussi connus sous le nom d’effondrements de terrain, sont des phénomènes géologiques qui se produisent lorsque le sol s’effondre en raison d’un écartement trop important des piliers de soutènement, ou encore de la pression exercée par les bâtiments et les terrains en surface.

Ces formations se manifestent sous la forme de dépressions circulaires ou elliptiques, résultant de la dissolution progressive des couches souterraines. On en trouve deux types :

• Le fontis qui est un effondrement ponctuel, brutal et inopiné, du sol suite à la ruine d’un pilier et/ou de l’effondrement d’une galerie.

• L’effondrement généralisé qui survient lorsqu’un grand nombre de piliers cèdent simultanément sous le poids du recouvrement dans un contexte de piliers sous-dimensionnés.

Cas particulier : le gypse est soluble dans l’eau, ce qui provoque des effondrements lorsque l’eau s’infiltre depuis la surface de la terre.

Suppression du vide souterrain

Le comblement a pour objectif de remplir les vides, de déchets miniers, de stériles de carrière, des matériaux de remblai ou des matériaux provenant d’autres sites (ex : remblais Grand Paris). Le processus de comblement peut être réalisé à l’aide d’équipements lourds tels que des bulldozers, des pelles mécaniques et des camions de transport, qui déposent les matériaux de comblement dans les zones à combler et les compactent pour assurer une stabilité adéquate.

L’injection, quant à elle, consiste à introduire un matériau, généralement sous forme de coulis, dans les vides. Les matériaux d’injection les plus couramment utilisés comprennent le ciment et les suspensions de bentonite. L’injection peut être réalisée à l’aide de pompes spéciales qui injectent le matériau à haute pression par des puits ou des trous de forage, assurant ainsi une répartition uniforme du matériau d’injection et un renforcement efficace des structures souterraines.