Cas d’études de tunnel sous une pente

NOTIONS DE BASES DES OUVRAGES SOUTERRAINES

Les ouvrages à faible profondeur

Un ouvrage souterrain à faible profondeur peut être réalisé de deux façons AFTES (1995):
En tunnel : soit par attaque ponctuelle ou au tunnelier, on évitera l’explosif, surtout en zone urbaine, car Le risque augmente à cette faible profondeur.
En tranchée couverte : On réalise une tranchée à ciel ouvert dans laquelle on construit l’ouvrage. Celle-ci est ensuite remblayée.
Une fois réalisés, ces deux types des ouvrages se distinguent facilement par leur forme, la tranchée couverte ressemble à une boîte rectangulaire, tandis que le tunnel creusé sous terre est arrondi.
Les ouvrages construits en tranchée sont privilégiés dès lors qu’ils sont réalisables (en zone découvert, sous une rue,..). Ils sont en effet plus économiques et moins aléatoires.
Généralement les tunnels peu profonds, creusés dans des terraines meubles et/ou aquifères, sont les «favoris» des tunneliers, qui ont le grand avantage de pouvoir mieux maitriser les tassements, Il est en fait nécessaire lors de la traversée des zones urbaines ou le moindre tassement différentiel peut entrainer des désordres dans les bâtiments supérieurs. Ils sont les «favoris» des tunneliers qui ont un énorme avantage de pouvoir mieux contrôler des désordres dans les bâtiments sus-jacents.

Les ouvrages à grande profondeur

Les tunnels alpins ont apporté de nombreuses informations sur la construction à très grande profondeur (hauteur de couverture supérieure à 1000 m). Les roches qui, à la surface, semblent très résistantes (RC>150MPa) peuvent avoir un comportement complètement différents lors de leur traversée Martin (2012).
La convergence enregistrée pour ce type d’ouvrages est de quelques centimètres, voir décimétrique (alors qu’elle est généralement de quelques millimètres) et donc les soutènements doivent être “flexibles”.
Dans cette profondeur, il est illusoire de vouloir freiner ces mouvements avec des cintres en métal massif. Pour accompagner les déformations, la fixation de boulons à ancrage ponctuel très rapprochés et à forte ductilité s’est avérée efficace dans certaines situations.

RISQUES LIÉS AUX INSTABILITÉS DANS LES OUVRAGES SOUTERRAINS

L’excavation en souterrain notamment dans les cas des tunnels urbains cause des risques spécifiques pendant toutes les phases du projet durant sa construction et son exploitation.
Les ingénieures, les ouvriers, La population et les usagers s’exposent à différents risques dont les impacts peuvent être considérables sur leurs sécurités.
Les origines des principaux risques rencontrés dans la construction et l’exploitation de tels ouvrages sont :
Les risques géologiques et géotechniques : causés par l’insuffisance des informations obtenus à travers la campagne de reconnaissance et à la capacité de prévoir la réponse du terrain à l’action de creusement ;
Les risques hydrologiques : ce type de risque est lié à l’insuffisance des informations recueillies en ce qui concerne l’hydrologie souterraine dans la zone du projet ;
Les risques d’étude : ça diffère surtout à la difficulté du projet à s’adapter aux conditions géo mécaniques rencontrées réellement, aux défauts de construction, à l’expérience du bureau d’étude.
Les risques de construction ou de creusement : liés au choix de la méthode de construction non appropriée ou mal maitrisée et aussi à l’expérience de l’équipe du constructeur et aux contraintes contractuelles ;
Les risques opérationnels liés aux accidents et défauts de fonctionnement;

CREUSEMENT DANS LES TERRAINS MEUBLES

Depuis une quarantaine d’années, on assiste à un essor important dans le creusement des tunnels à faibles profondeurs dans les sols meubles (lignes de métro, lignes TGV, passages souterrains, canalisations de grandes dimensions). Un essor qui a été accompagné par une utilisation croissante de la technique de creusement par tunneliers pressurisés qui assurent simultanément la stabilité provisoire du front et de l’excavation, puis la mise en place du revêtement définitif, tout en maintenant les mouvements du sol dans des limites acceptables.
En effet, cette technique permet de réaliser des travaux de creusement dans des conditions de sécurité optimales et à des coûts très compétitifs.
Dans ce procédé de construction, on applique une pression au front de taille pour assurer la stabilité des terrains et limiter les tassements en surface, la détermination de cette pression pose certaines difficultés car elle nécessite la résolution d’un problème tridimensionnel faisant intervenir plusieurs facteurs, le comportement non linéaire et irréversible de sols, l’interaction sol-voussoir et sol-jupe, le couplage fluide-squelette. Clough & al (1989), Bouvard & al (1988) cité par Verdier (1991).

LA STABILITÉ DES PENTES

Par “stabilité des pentes” on entend l’étude de l’équilibre mécanique des masses de sol ou de roches pouvant être mises en mouvement, soit par des phénomènes naturels -érosion des versants montagneux, tremblement de terre- ou anthropiques -terrassements de déblais, mise en œuvre de remblais, constructions.
Les mouvements de terrain historiquement connus et répertoriés (PASEK) ont fait de l’ordre de 150.000 victimes. L’un des plus anciens est l’écroulement du Mont Granier, au nord de Chambéry, qui, en novembre 1248, fit entre 1.500 et 5.000 victimes.
Plus récemment, des coulées de boue ont aussi entraîné des pertes humaines (Roquebillière dans les Alpes Maritimes, 17 victimes en 1926, Sanatorium du Plateau d’Assy, 43 victimes en 1970). Par ailleurs, d’un simple point de vue matériel, les glissements de terrains affectant, soit des zones urbaines, soit des ouvrages routiers ou autoroutiers, nécessitent des réparations dont le coût dépasse souvent le million de francs (2,8 millions à la tranchée de déblai de la Galure sur l’autoroute A7 au sud de Vienne, en 1963, plus d’un million et demi de Francs pour la réparation de la rectification des virages d’Hou Dangeau sur le RN 13 en 1974).
Ils peuvent parfois mettre en cause l’économie de certains projets, surtout ceux qui, pour des raisons diverses, n’ont pas fait l’objet d’études préliminaires suffisantes (Faure, 2001). Faut savoir que le domaine de la stabilité des pentes est vaste et qu’ iI est difficile à traiter et le fait de l’évaluer passe surtout par le choix du coefficient de sécurité qui est associé aux méthodes, ce qui peut poser des problèmes lors de comparaisons.
Mais quelle que soit Ia méthode adoptée, une analyse de sensibilité est recommandée, car il est toujours bon de savoir le rôle de chacun des paramètres afin de déterminer le paramètre prépondérant, celui qui pilote la stabilité.
L’étude géotechnique doit en tenir compte et un retour sur le terrain est parfois souhaitable. Il est aussi possible de raisonner avec une notion de marge de sécurité, qui consiste à définir la valeur limite d’un paramètre de dimensionnement, par exemple la hauteur d’un talus. Une fois bien défini, le coefficient de sécurité se pose la question de sa valeur cible.

MÉTHODES DE CALCULS DE STABILITÉ DES PENTES

Depuis Fellenius (1927), de nombreux auteurs ont proposé des méthodes de calcul, plus ou moins sophistiquées et plus ou moins efficaces, en relation avec le développement des techniques, des recherches et de l’analyse numérique. Little et al, (1958) et Horn (1960) sont les précurseurs de cette évolution.
L’évolution des différentes méthodes d’analyse numérique ont permis à l’ingénieur d’aujourd’hui d’évaluer les mouvements ou l’aléa de la rupture de la pente qu’il étudie. L’étude d’un glissement nécessite donc de savoir si le problème est celui d’un instant donné ou si l’évolution est la clé de l’étude.
Les codes de calcul qui traduisent les méthodes nécessitent, pour conduire une analyse, de nombreux paramètres qui sont à évaluer à partir de données toujours insuffisantes. Des hypothèses simplificatrices sont donc nécessaires pour adapter le cas réel à celui du modèle de calcul.
Il y a ainsi, tout au long de Ia démarche, de nombreux choix à faire et ces choix ne peuvent être justifiés qu’en fonction d’une bonne connaissance du code de calcul utilisé.
Les méthodes de calcul de stabilité des terrains sont basées sur la constatation suivante : Lorsqu’ il y a glissement de terrain, il y a séparation d’une masse du sol du reste du massif et son glissement se fait suivant une surface de rupture. Ayant défini une surface de rupture «S», on étudie la stabilité de la masse mobile par rapport au massif qui est fixe .
Les principales méthodes de calcul de la stabilité des pentes sont : Les méthodes basées sur l’équilibre limite. Les méthodes probabilistes. Les méthodes numériques.

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Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE
Chapitre 1. OUVRAGES SOUTERRAINS- CONCEPTS DE BASES
1.1 INTRODUCTION
1.2 DIFFÉRENTES CATÉGORIES SOUTERRAINES 
1.3 NOTIONS DE BASES DES OUVRAGES SOUTERRAINES
1.3.1 Les ouvrages à faible profondeur
1.3.2 Les ouvrage à grande profondeur
1.4 RISQUES LIÉS AUX INSTABILITÉS DANS LES OUVRAGES SOUTERRAINS
1.4.1 Les Effondrements
1.4.2 Les désordres
1.4.3 Les inondations
1.4.4 Les tassements en surface
1.5 STATISTIQUES SUR LES PHÉNOMÈNES D’INSTABILITÉ 
1.6 CHOIX DES TECHNIQUES DE CREUSEMENTS D’UN TUNNEL
1.6.1 Creusement à l’explosif
1.6.2 Technique de creusement mécanisé
1.6.3 Machines de creusement des tunnels
1.7 CREUSEMENT DANS LES TERRAINS MEUBLES
1.8 CONCLUSION 
Chapitre 2. GENERALITES SUR LES TERRAINS EN PENTES
2.1 INTRODUCTION
2.2 DEFINITION DES MOUVEMENTS DES TERRAINS 
2.3 CLASSIFICATION DES MOUVEMENTS DE TERRAIN 
2.3.1 Écroulements
2.3.2 Coulées boueuses
2.3.3 Mouvements du fluage
2.3.4 Les glissements
2.4 LA STABILITÉ DES PENTES 
2.5 NOTION DE FACTEUR DE SECURITE 
2.6 MÉTHODES DE CALCULS DE STABILITÉ DES PENTES
2.7 METHODE DE CONFORTEMENT
2.7.1 Approche douce
2.7.2 Approche dure
2.8 CAS D’ÉTUDES DE TUNNEL SOUS UNE PENTE
2.9 CONCLUSION 
Chapitre 3. ETUDE NUMÉRIQUE ET PARAMÉRIQUE DU CREUSEMENT DES TUNNELS EN TERRAIN EN PENTE
3.1 INTRODUCTION 
3.2 APERÇU SUR L’OUTIL DE CALCUL PLAXIS V 8.2 
3.3 PRÉSENTATION DU MODÈLE CALCUL
3.3.1 Définition du modèle de référence
3.3.2 Modélisation par éléments finis- Maillage retenu
3.4 ETUDE PARAMÉTRIQUE
3.4.1 CHANGEMENT DE LA POSITION HORIZONTALE DU TUNNEL
3.4.2 CHANGEMENT POSITION VERTCALE DU TUNNEL POSITION (x=10D, y=2D)
3.4.3 Résultats et discussions vis-à-vis les distances horizontale et verticale
3.4.4 Changement de l’angle de la pente « β »
3.5 CONCLUSION
CONCLUSION GÉNÉRALE

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