Sautages d'explosifs et dégâts aux bâtiments

Sautages d'explosifs et dégâts aux bâtiments

Publié à l'origine en septembre 1967.

T.D. Northwood et R. Crawford



Lorsque des sautages d'explosifs ont lieu dans une région habitée,
il arrive souvent que les occupants des bâtiments environnants
perçoivent les vibrations du sol qui accompagnent ces opérations. Ils
remarquent pour la première fois la présence de certaines lézardes dans
leurs murs ou leurs fondations, et en déduisent inévitablement qu'elles
résultent des explosions. Cette conclusion, habituellement erronée, est
due au fait que le seuil de perception des vibrations est chez l'homme
bien en-dessous du seuil de perception des dommages aux constructions.
Ces lézardes, qui résultent peut-être d'un affaissement ou d'une
contraction des matériaux, sont restées inaperçues pendant des années.
Il est cependant exact que les sautages d'explosifs peuvent causer des
dommages, et il en existe des exemples. On va étudier dans le présent
digeste les circonstances dans lesquelles ils peuvent se produire.

Mécanisme d'une explosion

Les sautages d'explosifs ont pour objet de morceler des matériaux de
manière à pouvoir les enlever. Au-delà de la zone dans laquelle les
matériaux sont effectivement broyés et déplacés, il existe généralement
une zone relativement restreinte où se produisent des déformations
plastiques et des fissurations. Au-delà de cette zone, l'énergie
restante se propage dans le sol sous forme d'onde élastique. Si la
charge d'explosif est voisine de la surface, il peut également se
produire une propagation d'ondes dans l'air. Ce cas sera étudié à part.

A faible distance, les ondes se propagent sphériquement et leur
amplitude décroît en raison inverse de la distance au point
d'explosion. A de plus grandes distances, le processus de propagation
subit l'action de deux autres facteurs: 1) l'onde se divise en trois
sortes d'ondes se propageant à des vitesses différentes; 2) des
solutions de continuité du milieu, telles que stratifications ou
crevassements, peuvent provoquer des effets supplémentaires de
diffusion et de dispersion; l'existence, sur le trajet de l'onde, d'une
importante faille géologique, peut constituer un puissant obstacle à sa
propagation.

Tous ces facteurs tendent à réduire l'amplitude de l'onde d'une
manière plus prononcée que ne le prédit la loi de l'inverse de la
distance. On estime que les relations de distance mentionnées dans la
présente étude constituent une évaluation prudente; elles représentent
les niveaux de vibration à prévoir en milieu élastique relativement
homogène, et à distance assez faible pour ne permettre qu'une
dispersion minime.

Propriétés des ondes d'explosion

Dans le voisinage immédiat du point d'explosion, la perturbation
affecte la forme d'une pulsation unique. Son amplitude maximale et sa
durée dépendent des propriétés du milieu, ainsi que des propriétés et
de l'importance de la charge explosive. L'onde élastique résultante
présente une pente initiale très accentuée, suivie par une série
irrégulière d'oscillations (figure 1).




Figure 1. Enregistrement d'une vibration-type produite par une explosion

Lorsque la perturbation atteint un point déterminé, une particule du
milieu considéré est déplacée par rapport à sa position de repos. On
peut enregistrer ou mesurer ce déplacement particulier; on peut aussi
enregistrer la vitesse ou l'accélération de la particule. Ces trois
quantités sont liées. L'onde n'étant pas simple, il est cependant
difficile d'en calculer une en fonction d'une autre. Pour cette raison,
il est préférable de mesurer la force causant les dommages de la
manière la plus directe et la plus générale.

Il n'existe pas de relation directe entre le déplacement absolu
d'une particule et le dommage; l'élément important est le déplacement relatif,
c'est-à-dire la déformation. Il s'agit d'une nouvelle quantité qui peut
en principe être mesurée, mais qui, dans les ouvrages rencontrés
ordinairement, varie d'un point à un autre d'une manière imprévisible.

Si l'ouvrage étudié affecte la forme d'une masse concentrée à
sustentation bien définie, on peut évidemment déterminer les forces de
sustentation en mesurant l'accélération de la masse. L'expérience
montre que l'accélération subie par les particules dans les ouvrages
fournit un assez bon indice général des dommages probables.

Si l'on considère une onde élastique se propageant en milieu
indéfini, les contraintes subies par le milieu sont directement
proportionnelles aux vitesses des particules. La relation mathématique
entre ces éléments dépend du module d'élasticité du matériau en cause.
Mais comme il existe en gros une relation entre le module d'élasticité
et la limite élastique, on peut s'attendre à ce que la vitesse de la
particule fournisse une bonne indication générale des dommages à
prévoir dans le milieu. Les observations expérimentales confirment
qu'il existe une relation très étroite entre les dommages structuraux
et les vitesses des particules dans les portions d'ouvrages dont le
contact avec le sol est le plus intime. La figure 2 représente les
composantes horizontales et verticales des vitesses de particules dans
les murs d'un sous-sol et leur relation avec la production de dommage.
On recommande de considérer la vitesse comme l'indice le plus sûr de la
probabilité de dommage.




Figure 2. Vitesse de particule et dommage causé aux murs d'un sous-sol

Nature des dommages produits par les explosions

Il existe rarement une distinction nette entre les dommages produits
par des explosions et ceux qui résultent d'autres causes. Les
indications qui suivent pourraient cependant guider dans une certaine
mesure lors des études après coup ou, ce qui est préférable, lorsqu'on
met au point un programme d'examen préliminaire et après coup des
ouvrages. Il est fortement recommandé de procéder à une inspection
préalable toutes les fois qu'il existe une probabilité de voir les
vibrations dues aux explosions approcher le seuil d'endommagement.

Le premier dommage se produit ordinairement dans le mur de sous-sol
le plus voisin de l'explosion. L'étendue des dommages pouvant affecter
le reste de la construction dépend de l'importance de la charge
d'explosif et de la distance séparant celle-ci de la construction.
Lorsque la distance croît, il faut naturellement un accroissement
correspondant de la charge nécessaire pour produire des dommages. Si la
charge croît, la durée de la perturbation croît également. Il en
résulte qu'en cas d'accroissement des charges la région soumise à
perturbation instantanée grandit, de sorte qu'une fraction croissante
de la construction tend à entrer en vibration simultané.

A des distances inférieures à 20 pieds, la zone endommagée se limite
à la petite portion du mur du sous-sol la plus voisine des charges
explosives. Dans un mur homogène il se créera des lézardes au point le
plus voisin de la charge. Elles peuvent naître dans n'importe quelle
direction. S'il existe dans les murs des points faibles au voisinage du
point le plus proche de l'explosion, (ouvertures, joints de
construction, anciennes lézardes dues à un affaissement) la nouvelle
brèche s'y produira de préférence. Les murs de maçonnerie sont presque
invariablement endommagés le long des joints unissant leurs éléments.

A des distances de 20 à 100 pieds, la zone des dommages devient
moins nettement définie, bien que d'ordinaire elle soit limitée encore
au mur de sous-sol le plus proche de l'explosion. Les joints de
construction, les ouvertures, les anciennes lézardes, les points soumis
à des contraintes spéciales, tels que les intersections avec un mur de
flanc, constituent tous des points d'endommagement probable.

A des distances excédant 100 pieds, les charges d'explosif capables
de produire des dommages sont assez importantes pour que les ondes
engendrées par elles aient tendance à agir simultanément sur une
importante partie des fondements. Il est probable que dans ce cas
également les dommages affecteront d'abord le sous-sol. Mais il peut
exister aussi des indices prouvant que le bâtiment tout entier a été
secoué horizontalement par rapport à ses fondements, à peu près comme
sous l'action d'un tremblement de terre. Il peut se produire des
efforts de cisaillement entre fondements et murs, ou entre murs
latéraux et longitudinaux et planchers. Des éléments de maçonnerie tels
que cheminées et parapets peuvent subir des déplacements entre assises
inférieures et sections supérieures.

Les dommages résultant de l'action des forces horizontales se
manifestent le plus clairement dans des bâtiments assis sur le roc ou
sur des moraines de fond bien consolidées. Les bâtiments construits sur
des sols plus mous, particulièrement sur des sols humides, et sur les
sols dont la structure est affaiblie par des tassements antérieurs,
subissent presque toujours des affaissements supplémentaires.

Seuil d'endommagement

De la relation entre endommagement et vitesses de particules,
représentée à la figure 2, on peut conclure que le seuil des dommages
correspond à une vitesse horizontale (ou verticale) d'environ 3 pouces
par seconde dans les murs de fondation les plus voisins de l'explosion.
Il convient de noter que ceci concerne les vibrations intéressant
l'ouvrage plutôt que le sol. Il existe certains indices tendant à
prouver que les vibrations à la surface libre du sol peuvent dépasser
en importance celles qui affectent les murs porteurs; mais la relation
existante dépend probablement du manque de consistance du sol, ainsi
que de la masse et de la rigidité de l'ouvrage. On peut de même
déterminer le seuil en fonction d'une accélération (dans le bâtiment) à
peu près égale à g*, mais la valeur du seuil n'est pas dans ce cas
aussi bien définie qu'en fonction de la vitesse.




Figure 3. Probabilité de dommage en fonction de la charge d'explosif et de la distance

Il doit évidemment exister aussi une relation directe entre la
charge, la distance, et la probabilité d'endommagement; mais on peut
s'attendre à ce qu'elle dépende des variations dans la liaison entre
charge et matériau, dans la nature du matériau intermédiaire, et dans
le couplage entre matériau et bâtiment. La figure 3 donne une vue
d'ensemble de la situation. La région située en bas et a droite de la
figure est celle où l'endommagement est le moins probable; dans la
région supérieure gauche, il est très probable; la région intermédiaire
est celle dans laquelle, tenant compte des éléments complexes
mentionnés ci-dessus, des dommages peuvent se produire. Une relation
simple fournissant une limite prudente est donnée par E2/3 = d/10 dans laquelle E est le poids d'une charge simple de poudre et d la distance en pieds.

En dehors des incertitudes mentionnées ci-dessus, on peut en
signaler deux autres. Il semble n'exister qu'une faible variation, à
poids égal livre pour livre, dans les niveaux de vibration produits à
distance par les explosifs usuels. Il existe cependant une relation
intéressante entre vibration élastique et bris des roches; si une
charge effectue un bon travail de morcellement et de déplacement des
matériaux environnants, elle engendre des niveaux de vibration
légèrement plus faibles qu'une charge incapable de faire son chemin
jusqu'à la surface libre du matériau. A l'intérieur de l'ouvrage, il
existe naturellement une relation entre le dommage et la force qui l'a
produit. C'est ainsi qu'un mur monolithique de béton en bonne condition
résistera passablement mieux qu'un mur de maçonnerie. Ces variables
influencent également les vibrations prenant naissance dans l'ouvrage;
c'est pourquoi la vitesse de particule est un indice plus précis du
seuil d'endommagement que la liaison entre charge et distance. On
recommande par suite d'utiliser la figure 3 seulement si les
coordonnées de la charge et de la distance tombent dans la zone
d'endommagement nul. On doit, pour les opérations représentées dans la
zone intermédiaire, se baser sur des mesures de vibrations.


Sautages à micro-retards

Il est d'usage courant chez les praticiens du sautage de ne pas
utiliser une charge unique, mais une série de charges réparties à
travers la masse de matériau à enlever. Il est également utile de
disposer les charges de manière qu'elles n'explosent pas simultanément,
mais à intervalles de quelques millisecondes. En fragmentant mieux les
matériaux et en laissant des surfaces de roche mieux définies dégagées,
cette technique améliore le rendement de l'explosion. Elle réduit aussi
considérablement les niveaux de vibration pour un poids total donné
d'explosif, car les divers retards étalent sur une plus longue durée
l'énergie produite. On peut admettre avec une bonne approximation que
les formules concernant les charges simples d'explosif sont valables à
condition de multiplier par 1.5 la charge totale de chaque explosion
différée.


Remarques relatives aux procédés d'enregistrement

L'enregistrement des vibrations constitue un sujet hautement
spécialisé dépassant les limites du présent digeste. Il ne sera
cependant pas inutile de donner ici quelques informations générales de
base.

On mesure ordinairement les vitesses de vibration au moyen d'un
capteur électromagnétique dont la fréquence de résonance est inférieure
au domaine auquel on s'intéresse (environ 2 ou 3 hertz). Cet appareil
est relié à un indicateur approprié qui peut consister en un dispositif
enregistreur ou en un simple compteur. Un enregistreur renseigne en
même temps sur la forme et l'amplitude des ondes, mais est un peu
compliqué pour l'emploi courant sur le terrain. Une autre méthode
consiste à utiliser les appareils nommés "mesureurs d'ondes de choc
d'impact" dans lesquels le compteur continue à indiquer pendant
quelques secondes la valeur maximale du signal qui l'a atteint. Ce
genre d'appareil ne donne que la vitesse maximale, mais ce
renseignement suffit pour la plupart des travaux d'enregistrement.

On a souligné le fait que la vitesse de particule est le paramètre
de vibration dont la mesure est la plus utile, et on a précisé qu'il
n'est pas aisé de convertir, par exemple, les déplacements en vitesses.
Il est cependant parfois nécessaire de se tirer d'affaire avec les
seuls instruments disponibles même s'ils n'enregistrent que les
déplacements ou les accélérations. Comment peut-on, avec de tels
instruments, déterminer les vitesses de particules dans les ouvrages?

L'instrument le plus ordinairement utilisé pour mesurer les
déplacements est le séismographe portatif, qui réunit en un même
ensemble trois éléments pendulaires (relatifs aux trois composantes des
vibrations) ainsi que des appareils optiques et des dispositifs
d'enregistrement. Le tout constitue un objet encombrant et pesant, très
sensible au dénivellement, et qui ne peut être fixé sur-le-champ au mur
porteur d'un ouvrage. Il peut au mieux être utilisé pour déterminer les
mouvements à la surface du sol. A cause de son poids, cependant, on
doit généralement le placer sur une surface rigide telle qu'un pavage
ou sur un panneau spécial établi d'une manière ou d'une autre en
contact intime avec le sol. Les accélérations provoquant les dommages
ayant une valeur voisine de g, il est nécessaire de l'assujettir
solidement à son assise.

En supposant qu'on obtienne un enregistrement fidèle des mouvements
du sol, le problème qui reste à résoudre consiste à déterminer la
vitesse de particule. On ne peut effectuer ce travail en supposant que
la vibration est sinusoïdale, car ce n'est généralement pas le cas. La
méthode la plus efficace d'interprétation consiste à repérer sur
l'enregistrement les régions de pente maximale et à utiliser ces pentes
pour déterminer les vitesses. Ceci revient à effectuer une
différentiation graphique des parties intéressantes de l'enregistrement.

Un autre type courant d'appareil consiste en un accélérographe
portatif; il est semblable à un séismographe, mais en diffère par le
fait que les éléments mobiles ont une fréquence de résonance supérieure
à celles du domaine auquel on s'intéresse. La meilleure manière
d'opérer consiste peut-être à ne pas chercher à déterminer la vitesse
d'après les résultats obtenus (ce qui exigerait une intégration
graphique), mais simplement à utiliser les critères d'accélération
indiqués précédemment.

Causes mineures d'endommagement par les explosions

Les flâneurs qui se trouvent sur les trottoirs au moment d'une
explosion bien préparée sont ordinairement déçus: il se produit un
léger coup sourd dû à une vibration du sol, un petit dégagement local
de poussière, et c'est tout. Les effets plus spectaculaires tels qu'un
souffle d'air ou des projections de rocs résultent en général de
techniques maladroites ou de négligences; ne serait-ce que sous l'angle
de l'efficacité des explosions, elles doivent être évitées; elles
correspondent en effet à un gaspillage de poudre.

Les projections de rocs peuvent résulter d'un bourrage ou d'un
remplissage final inappropriés, ou d'une mauvaise disposition des
charges (trop de poudre dans trop peu de trous). Des percées
imprévisibles peuvent cependant parfois se produire dans un matériau
fissuré ou hétérogène, et, dans le cas où des personnes ou de
l'équipement se trouvent dans le voisinage du bâtiment, il est prudent
d'utiliser un paillasson pare-éclats. La plupart des règlements
municipaux exigent d'ailleurs leur emploi en toutes circonstances.

Les souffles d'air se produisent lorsque l'explosif est recouvert
d'une manière inadéquate. L'emploi de l'explosif lui-même ne crée
généralement aucune difficulté si les trous qui ont été forés sont
correctement remplis. Il arrive cependant que les charges d'un ensemble
soient reliées par des cordeaux détonants qui peuvent produire de
notables souffles d'air si leurs sections superficielles ont été
laissées à l'air libre. On peut résoudre le problème en recouvrant le
matériel détonant de quelques pouces de sable ou tout autre matériau de
remplissage. Même la neige assure une bonne protection.

Le cas d'une catastrophe mis à part, les dommages causés par les
souffles d'air se limitent généralement à des bris de vitres. Les
fenêtres situées dans des murs faisant face à l'explosion sont les plus
susceptibles d'être endommagées; mais, par suite d'effets de
concentration et de réflexion, d'autres régions peuvent être affectées
s'il existe dans le voisinage un certain nombre de bâtiments. Des
études effectuées par le Bureau des mines des Etats-Unis ont montré
qu'il faut des surpressions de l'ordre de 100 livres par pied carré
pour briser des vitres du type courant. Il convient toutefois de noter
que des vibrations du sol peuvent indirectement causer des bris de
vitres dans le cas où un bâtiment à ossature flexible est fortement
secoué par une explosion. Dans ce cas les bris se produiront
probablement aux murs axés dans la direction de l'explosion.


Sources d'information

Les présentes notes sont basées sur une étude générale de la
bibliographie existante, mais plus particulièrement sur les résultats
de recherches réalisées conjointement par l'Hydro Electric Power
Commission of Ontario et le Conseil national de recherches¹.

1. Northwood, T. D., R. Crawford et A. T. Edwards. Vibrations dues aux
   explosions et dommages aux ouvrages. The Engineer, Vol. 215, n° 5601,
   31 mai 1963, pages 973-978.
   

salam

Merci bcp Mr l'EXPERT

azefoun a écrit:salam

Merci bcp Mr l'EXPERT

merci

TJ TOP YA KHOUYA RACHID
allah yehafthek
baraka allahou fik
bonne continuation

farid a écrit:TJ TOP YA KHOUYA RACHID
allah yehafthek
baraka allahou fik
bonne continuation

saha faridou

exactement

thème reservé aux spécialistes appropriés !

c'est un sujet non traité à l'université , l'ingenieur est tenu de faire des efforts personnels pour concretiser le savoir de ce thème

merci tafatneb dichar de ce sujet rare

strudeladn a écrit:merci tafatneb dichar de ce sujet rare

si vous vous interessez à ce type d'article voila de quoi nourrir vos connaissance

le site en question d'où est tiré cet article il est ici :

http://www.geniecivil.org/Documents-c2/Sites-web-f8/site-CNRC-NRC-250-documents-techniques-en-construction-p32018.htm#32018

merci de ce site , j'ai cru que tu m'as donné une reference pour maitriser ce domain .
il a ispiré de ce site meme il a cité l'auteur .

a bon docteur strudeladn tu savais qu il avait pris de ce site

ELHO a écrit:a bon docteur strudeladn tu savais qu il avait pris de ce site

je suis un simple ingenieur CHA promo 98 usthb qui a su devenir ingenieur batiment grace au sap2000 et les cours de batiments CCI "

stp Mr ELho , arrete d'utiliser l'expression docteur strudeladn .c'est une moquerie ou bien autre choses . plusieurs fois tu ecris docteur strudeladn .rakk tatgambazrrr bia

oui c'est evident de connaitre sa source le fait que console m'a donné le site général .

tafatneb_dichar a écrit:Sautages d'explosifs et dégâts aux bâtiments

Publié à l'origine en septembre 1967.

T.D. Northwood et R. Crawford



Lorsque des sautages d'explosifs ont lieu dans une région habitée,
il arrive souvent que les occupants des bâtiments environnants
perçoivent les vibrations du sol qui accompagnent ces opérations. Ils
remarquent pour la première fois la présence de certaines lézardes dans
leurs murs ou leurs fondations, et en déduisent inévitablement qu'elles
résultent des explosions. Cette conclusion, habituellement erronée, est
due au fait que le seuil de perception des vibrations est chez l'homme
bien en-dessous du seuil de perception des dommages aux constructions.
Ces lézardes, qui résultent peut-être d'un affaissement ou d'une
contraction des matériaux, sont restées inaperçues pendant des années.
Il est cependant exact que les sautages d'explosifs peuvent causer des
dommages, et il en existe des exemples. On va étudier dans le présent
digeste les circonstances dans lesquelles ils peuvent se produire.

oui c'est evident de connaitre sa source le fait que console m'a donné le site général

un simple ingenieur ne se moque jamais des autres ingenieur
tu devras le savoir dans tes messages precedents