Modélisation numérique de l’effet de la construction d’un ouvrage souterrain

CHAPITRE 1: Etude bibliographique sur les tunnels
1.1 Introduction
1.2 Technique de construction des ouvrages souterrains
1.2.1 Techniques de creusement
1.2.1.1 – Abattage à l’explosif
1.2.1.2-Principaux types de tunneliers
1.3 – Creusement à pleine et demi-section
1.3.1 – Description
1.3.2 – Domaine d’application
1.3.3 – Précautions d’emploi
CHAPITRE 2 : Le Soutènement
2.1- La technologie du soutènement
2.1.1- Mode d’action des soutènements
2.1.2- Les cintres
2.1.3- Boulonnage
2.1.3.1- Boulons à ancrage ponctuel
2.1.3.2 – Boulons à ancrage réparti
2.1.4- Béton projeté
2.1.5-Bouclier et voussoirs préfabriqués
2.1.6- Choix d’un mode de soutènement
2.1.7- Revêtement définitif
2.1.7.1- Coffrage
2.1.7.2- Bétonnage
2.1.7.3 -Procédé de bétonnage
2.1.8 -Étanchéité des revêtements
2.1.9-Conclusion
2.2- Théorie du soutènement et du revêtement
2.2.1- Méthode des actions et des réactions (ou des réactions hyperstatiques)
2.2.1.1- Principe
2.2.1.2 -Représentativité des données et des hypothèses du calcul
2.2.2- Méthode du solide composite
2.2.2.1- Principe
2.2.2.2- Représentativité des données et des hypothèses de calcul
2.2.3- Méthode convergence-confinement
2.2.3.1- Courbe de convergence
2.2.3.2- Courbe de confinement
2.2.3.3- Optimisation du soutènement
2.2.3.4- Domaines d’application
2.3 -Auscultation pendant les travaux
2.3.1-Objectifs et contraintes de l’auscultation
2.3.1.1- Objectifs
2.3.1.2-Contraintes
2.3.2- Moyens mis en œuvre
2.3.2.1 – En déformation
2.3.2.2 – En contrainte
2.3.2.3 – En hydrogéologie
2.3.3 – Acquisition et exploitation des données
CHAPITRE 3 – Les lois de comportement utilisées dans Plaxis
3.1-Le logiciel Plaxis, son originalité
3.1.1- Introduction
3.1.2- Option par défaut, Solution approchée
3.2- Méthode des éléments finis en géomécanique
3.2.1-Introduction
3.2.2 -Concepts de base
3.2.3- Les éléments finis et la géomécanique
3.2.4-Formulation de la MEF en géomécanique
3.2.5- Remarques
3.2.6-Comportement élasto-plastique
3.3 – Les modèles de comportement de sol
3.3.1 -Contraintes totales, effectives et pressions interstitielles
3.3.2 – Modèle élastique linéaire
3.3.3- Le modèle de Mohr-Coulomb
3.3.4- Modèle de sol avec écrouissage(Hardening Soil Model. H.S.M)
3.3.5- Modèle pour sols « mous »(Soft Soil Model. S.S.M)
3.3.6- Modèle pour sols mous avec effet du temps (Soft Soil Creep Model . SSCM)
3.4-Conclusion
CHAPITRE 4 : Etablissement d’un modèle de référence pour le métro
4.1-Introduction
4.2-Hypothéses géométriques et géotchniques
4. 2.1-Coupe géotechnique et géométrie de l’ouvrage
4.2.2 -Caractéristiques géotechniques des matériaux
4.2.3 – Caractéristiques mécaniques des souténements, revêtements et de superstructure
4.3- Calcul d’interaction
4.4 – Phasage de calcul
4.5 – Résultats obtenus pour le modèle de référence
CHAPITRE 5 : Etude paramétrique
5.1- Influence du coefficient de poisson ν
5.2- Influence du module d’Young E
5.3-Influence de l’angle de frottement
5.4-Influence du rabattement de la nappe
5.5-Influence de l’écoulement
5.6-Influence du maillage
Synthese générale des calculs
Conclusion
Recommandations
Annexe A
Références bibliographiques

Rapport PFE, mémoire et thèse avec la catégorie ouvrage souterrain

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Optimisation du soutènement

Une fois paré de nos deux courbes, l’une caractérisant le comportement du terrain et l’autre celui du soutènement, on va pouvoir les coupler pour étudier l’interaction roche-structure.
Comment ?
On va simplement superposer les deux courbes. La pression fictive de l’un correspond parfaitement au chargement du second. Mais le couplage va nécessiter l’introduction d’un nouveau paramètre : le déplacement à la pose du soutènement. En effet, le soutènement n’est pas posé immédiatement au front de taille, et encore moins dès les prémices de déconfinement en avant du front. Il est posé à quelques décimètres en arrière, alors que le terrain s’est déjà partiellement déconfiné. On ajoute ainsi un paramètre ud, qui est stricto-sensu le déplacement en paroi à la pose du soutènement. ud est bien entendu étroitement lié à λd, taux de déconfinement à la pose.
Le point d’intersection des deux courbes correspond ainsi au point d’équilibre entre terrain et soutènement. C’est ce point (Péq, uéq) qui donne l’état mécanique de la structure « à l’infini », loin du front de taille. Toute la puissance de la méthode convergence-confinement réside donc dans cette simplicité de représentation. En jouant sur chacun des paramètres du problème, on optimise 35 le soutènement : pas ou peu de plasticité pour le terrain, et chargement à 70 ou 80 % de la rupture pour le soutènement. A titre d’exemple, en jouant sur le paramètre ud , un soutènement placé trop près du front de taille sera chargé prématurément et arrivera donc plus rapidement à la rupture. A l’opposé, un soutènement placé trop loin du front n’aura aucun effet, car le terrain se sera déjà presque entièrement déconfiné, voire effondré, et le chargement sera pratiquement nul. Rappelons que le soutènement est aussi là pour limiter la convergence.

Le logiciel Plaxis, son originalité
Introduction

L’analyse de projets géotechniques est possible grâce à de nombreux codes éléments finis.
L’ingénieur ayant de l’expérience en ce domaine sait que le poids des hypothèses permettent le passage de la réalité au modèle est difficile à évaluer. Il sait que le jargon éléments finis est parfois rebutant-il souhaiterait ne pas avoir à intervenir sur la numérotation des noeuds, des éléments, sur certains choix réservés au numéricien. Il voudrait disposer du code sur le PC gérant sa bureautique et sa technique quotidiennes, afin de faire une étude paramétrique des problèmes délicats. Il exige avant tout que ses journées ne soit pas encombrées par de laborieuses entrées de données et interprétations de fichiers.Conçu par des géotechniciens numériciens, le code éléments finis Plaxis représente certainement un optimum actuel sur les plans scientifique et pratique en l’analyse pseudo-statique 2D. Scientifiquement, c’est un outil d’analyse non linéaire en élasto-plasticité non standard (5 paramètres), avec prise en compte des pression interstitielles (et même consolidation linéaire), doté de méthodes de résolution et d’algorithmes robustes, éprouvés, ainsi que de procédures de choix automatique évitant des choix délicats à l’opérateur peu averti. Bien que très fiable sur le plan numérique, le code fait appel à des éléments de haute précision (triangles à 15 noeuds), ainsi qu’à des processus de pilotage de résolution récents (méthode de longueur d’arc).
Du point de vue pratique, le système de menus arborescents à l’écran rend l’utilisation souple et agréable, car l’opérateur ne s’encombre pas l’esprit outre mesure. Le recours aux manuels devenant rare, ceux-ci sont de volume réduit, faciles à consulter. L’ensemble des options simplifiées (initialisation des contraintes, pressions interstitielles) permettent d’aller au but (prévoir le comportement d’un ouvrage), quitte à réaliser ultérieurement, avec le même code et les mêmes données, un calcul affiné.

Méthode des éléments finis en géomécanique
Introduction

l’évolution de la technologie amène l’ingénieur à réaliser des projets de plus en plus complexes, coûteux et soumis à des contraintes de sécurité de plus en plus sévères. Pour réaliser ces projets et vu la complexité des méthodes analytiques de la résistance des matériaux (RDM), l’ingénieur a recours aux méthodes qui lui permettent de simuler le comportement des systèmes physiques complexes. Conditionnée par les progrès effectués dans le domaine informatique et les acquis des mathématiques dans la théorie de l’énergie, des méthodes de projection et des méthodes d’approximation, la méthode des éléments finis (MEF) est devenue éventuellement la plus performante des méthodes numériques vu son grand champ d’application où elle est utilisée dans de nombreux secteurs de l’industrie : aérospatiale, nucléaire, génie civil, construction navale, mécanique, technique off-shore, etc..

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