Stress generated by the freeze-thaw process in open cracks of rock walls: empirical model for tight limestone - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Bulletin of Engineering Geology and the Environment Année : 2016

Stress generated by the freeze-thaw process in open cracks of rock walls: empirical model for tight limestone

Marion Bost
Ahmad Pouya

Résumé

In mountainous areas, freezing is a prominent phenomenon for weathering processes in rock walls. A freezing front penetrates rock crack networks and causes its propagation. To study the evolution of rock mass stability, a suitable model of stress generated by freezing in open rock cracks is needed. This stress evaluated by the simple volume expansion model in a closed crack is too high to be realistic. In this paper, we present an assessment method for this stress and some results. Different experiments on notched limestone specimens submitted to freeze-thaw cycles were performed. Three different tight limestones (Larrys, Chamesson, Pierre de Lens) were tested. Actually, the stress generated by freezing begins to grow at the top of the notch where an ice plug is created and makes it possible for higher stresses to develop in deeper parts of the notch. Consequently, the stress induced by freezing depends on the geometry of the open crack represented by the notch. This value is, however, limited by the permeability of the surrounding rock matrix. A model of the stress evolution generated by freezing along an open crack was established and its envelope curve, named maximum stress, was parameterized. This maximum stress generated by freezing along the crack is completely defined by knowledge of the pore network of the limestone matrix and the geometry of the crack.
En milieu montagneux, le gel est un phénomène prédominant dans les processus d'altération des falaises rocheuses. Le gel pénètre dans les réseaux de fractures générant leur propagation. Pour étudier la stabilité des massifs rocheux, un modèle de contrainte généré par le gel dans les fractures du massif rocheux est nécessaire. La contrainte évaluée simplement par le développement du gel dans une fissure fermée est trop éleÎe pour être représentative de la réalité. Dans cet article, nous présentons une méthode d'évaluation de la contrainte ainsi générée et de quelques résultats. Différentes expérimentations sur des échantillons de calcaire entaillés soumis à des cycles de gel-dégel ont été réalisées. Trois calcaires différents (Larrys, Chamesson, Pierre de Lens) ont été testés. En fait, la contrainte générée par le gel se développe depuis l'extrémité extérieure de l'entaille où se forme un bouchon de glace. Cela permet de générer des contraintes plus éleÎes qui se développent en profondeur. La contrainte générée par le gel dépend donc de la géométrie de la fissure. Cependant sa valeur est limitée par la perméabilité de la matrice rocheuse environnante. Un modèle de l'évolution de la contrainte le long d'une fissure générée par le gel a été établi. Sa courbe-enveloppe, appelée contrainte maximale, a été paramétrée. Cette contrainte est complétement caractérisée par la connaissance du réseau de pores de la matrice calcaire et la géométrie de la fissure.

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hal-01526043 , version 1 (22-05-2017)
hal-01526043 , version 2 (09-06-2017)

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Citer

Marion Bost, Ahmad Pouya. Stress generated by the freeze-thaw process in open cracks of rock walls: empirical model for tight limestone. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2016, 17 p. ⟨10.1007/s10064-016-0955-6⟩. ⟨hal-01526043v2⟩
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