chebap trx souterrains 2 presentation generale
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2. Présentation générale2. Présentation générale
ENPC – CHEBAPModule « ouvrages souterrains »
Séances « Géotechnique »
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Les travaux souterrains : Les travaux souterrains : interactions entre géologie, interactions entre géologie,
méthodes d’exécution et méthodes d’exécution et comportementcomportement
1. Le contexte général des travaux souterrains
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LES ENJEUXLES ENJEUX
� Savoir dans quel terrain il va falloir creuser (et orienter le tracé du projet)
� Connaître l’environnement du projet
� Définir les méthodes de construction
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� Définir les méthodes de construction (traditionnelles, tunneliers, traitement des terrains, etc…)
� Prévoir le comportement : stabilité, tassements, vitesses d’avancement, venues d’eau
SPECIFICITES DES OUVRAGES SOUTERRAINS
� Ouvrages linéaires, profonds : difficultés d’accès� Comportement mécanique : succession d’états de
contraintes� Notion de temps : stabilité immédiate, soutènement
provisoire
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provisoire� Méthodes de construction : influence sur comportement� Hydrogéologie : facteurs prépondérants� Sécurité des ouvriers : stabilité immédiate, débourrages� Incidences sur environnement : fondamentale en phase
travaux� Mécanisation poussée (tunneliers) : reconnaissances
spécifiques
SPECIFICITES DES OUVRAGES SOUTERRAINS
Importance de recommandations particulières (AFTES) pour le choix :
� Des paramètre géotechniques� Des essais permettant de les obtenir
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� Des essais permettant de les obtenir
Nécessaire pour : � La conception� Le dimensionnement� L’exécution
Les « économies » sur les reconnaissances
% d
u co
ût d
es é
tude
s / c
oût d
es tr
avau
x
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% de dépassement du coût des travaux / prévisions
% d
u co
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x
DEMARCHE ANALYSE DE RISQUE
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2. La rôle de la géotechnique dans les
travaux souterrainstravaux souterrains
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GRANDES ETAPES DE LA REALISATION D’UN TUNNELGRANDES ETAPES DE LA REALISATION D’UN TUNNEL
1. l’acquisition des données de base : contraintes géométriques et de sécurité dépendant de la destination de l’ouvrage (tracé, section, gabarit, ouvrages annexes de sécurité notamment), données de terrain(géologie, géotechnique et hydrogéologique, contraintes liées à l’environnement (bâti existant et sa sensibilité, milieu naturel)
2. la conception du projet et le dimensionnement des ouvrages : définition précise de la géométrie des ouvrages (en plan, profil et sections), modélisations (dimensionnement des structures et évaluation des conséquences sur l’environnement: dé formations,
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évaluation des conséquences sur l’environnement: dé formations, modification de régimes hydrogéologiques, risques d e pollution)
3 . le choix des méthodes d’exécution : techniques de construction permettant de réaliser l’ouvrage dans les délais requis, tout en respectant les critères de sécurité tant pour le chantier que pour l’environnement
4. la réalisation de l’ouvrage , avec la nécessité constante de contrôler l’adéquation des techniques mise en œuvre à la nature et au comportement réel des terrains effectivement rencon trés, d’où l’importance majeure de suivi géologique et de l’au scultation
Spécificités géotechniques des tunnels
• Tunnels profonds en milieu rocheux :– Milieu discontinu– Stabilité assurée (sauf à
• Tunnels peu profonds en sols ou roches tendres :– Milieu continu
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– Stabilité assurée (sauf à très grande profondeur)
– Rôle majeur des failles
– Milieu continu– Nécessité d’un
soutènement des terres– Rôle majeur des
déformations
En terrain rocheuxLes techniques de construction dépendent essentiellement de la fracturation du massif
Si rocher homogène peu fracturéSTABILITE ASSUREE : pas ou peu de besoin en soutènement
Si rocher fracturé
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Si rocher fracturéINSTABILITES LIEES AUX RISQUES DE CHUTES DE BLOCS : soutènement par boulonnage (+ grillage ou béton projeté)
Cas particulier des tunnels à très grande profondeu rOn risque de dépasser en piédroits la résistance en compression du rocherrisque d’écaillage
En milieu rocheux : Influence de l’orientation de la stratification sur la
stabilité des parois de la galerie
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COMPORTEMENT IMMEDIAT
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Dans les sols ou roches tendres :POSITION DU PROBLEME
1 – Stabilité générale
σσσσmax = 2 σσσσ0H
Stable si σmax < RcTN
H = 10 m Rc ≥ 0.4 MPaH = 50 m Rc ≥ 2 MPaH = 100 m Rc ≥ 4 MPa
2 – Stabilité du front
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2 – Stabilité du front
Critère habituel σσσσ0 - pc
cu
≤ 4 ou 5H = 10 m Cu ≥ 50 kPaH = 50 m Cu ≥ 250 kPaH = 100 m Cu ≥ 500 kPa
3 – Réduire les venues d’eau
4 – Tassements en surface
METHODE EMPIRIQUE D’ÉVALUATION DES TASSEMENTS
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COMPORTEMENT IMMEDIAT
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3. Les techniques de construction
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3.1. METHODES TRADITIONNELLES
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3.1. METHODES TRADITIONNELLES (SEQUENTIELLES)
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METHODES TRADITIONNELLESen TERRAINS DIFFICILES
• Excavation en sections divisées
Actions sur les méthodes d’excavation
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+ soutènement par cintres et tôles ou béton projeté
• Eventuellement merlon au front(si dimensions suffisantes et stabilité du front limite)
Excavation en sections divisées
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Techniques de traitement du terrain
• Renforcement• Boulons• Pré-soutènements
Actions sur le terrain
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• Pré-soutènements
• Drainage• Injections• Congélation
Boulons et béton projeté (Méthode autrichienne)
Actions sur le terrain : renforcement
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On sollicite beaucoup moins le terrain …..
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Renforcement par boulonnage
• Limitations
– Terrains perméables sous l’eau
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• Injection d’étanchéité• Rabattement de nappe• Air comprimé
– Sols mous• Très faible résistance à l’arrachement des boulons
Actions sur l’eau : drainage
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Actions sur l’eau + le terrain : injections
Objectifs : - consolidation (améliorer la résistance et diminuer ladéformabilité)
- étanchement (réduire la perméabilité)
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Depuis la surface En tunnel à l’avancement
Actions sur le terrain : pré-soutènements
Objectifs : « soutenir le terrain avant de l’excaver … »
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Actions sur le terrain : congélation
Objectifs ≈ injections : consolider et étancher les terrains
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3.2. METHODES MÉCANISÉES : TUNNELIERS (BOUCLIERS)
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3.2. METHODES MÉCANISÉES : TUNNELIERS (BOUCLIERS)
• 4 fonctions combinées :– Excavation– Avancement– Soutènements (revêtement) parois et front– Marinage (hydraulique, à vis ou par convoyeurs)
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• Avantages :– Stabilité du front– Réduction des tassements– Sécurité accrue– Avancements performants (10 à 15 ml/jour jusqu’à
40//50 ml/jour - Transmanche)
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4. L’approche géotechnique d’un projet
de tunnelde tunnel
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Moyens d’études et de reconnaissances géologiques, géotechniques et
hydrogéologiques
• Études géologiques : bibliographie, terrain, photo-interprétation,
• Méthodes géophysiques• Reconnaissances géotechniques : sondages
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• Reconnaissances géotechniques : sondages destructifs, carottés avec prélèvement d’échantillons, essais in situ
• Essais de laboratoire : mécanique des sols et des roches
• Puits et galeries de reconnaissance (avec auscultations) pour évaluer le comportement en vraie grandeur
5 familles de paramètres
1. Contraintes naturelles2. Paramètres physiques3. Paramètres mécaniques4. Paramètres hydrogéologiques
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4. Paramètres hydrogéologiques5. Paramètres de constructibilité
• Histoire géologique du massif• Directions des contraintes principales• Valeur de K o = σσσσh/σσσσv
1. Contraintes naturelles
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• Valeur de K o = σσσσh/σσσσv
• Paramètres d’identification : granulométrie, teneur en eau, limites d’Atterberg, poids volumiques … + minéralogie
• Évaluation globale de la qualité des terrains: diagraphies (vitesses sismiques, altération,
2. Paramètres physiques
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: diagraphies (vitesses sismiques, altération, indices de qualité …)
• Caractérisation des discontinuités du rocher : orientations, densité (RQD, espacement, typologie …)
• Altérabilité : essais spécifiques• Chimie de l’eau
• Paramètres de résistance : – Sols : c et φ (à court et long terme)– Roches : Rc et Rt sur échantillons et à l’échelle du
massif (effet des discontinuités)
• Paramètres de déformabilité : module de
3. Paramètres mécaniques
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• Paramètres de déformabilité : module de déformation E et coefficient de Poisson νννν(élasticité non linéaire, effet des discontinuités) + caractérisation du gonflement
• Caractéristiques dynamiques : Ed, amortissement
• Niveaux piézométriques • Conditions aux limites (zones
d’alimentation des nappes)• Perméabilités (débits d’exhaure,
4. Paramètres hydrogéologiques
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• Perméabilités (débits d’exhaure, rabattement, injections …)
• Abattage : dureté, abrasivité (+ discontinuités – R c – Rt)
• Excavations en argiles : collage (adhérence, minéralogie, IP, w …)
5. Paramètres de constructibilité
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• Nuisances liées à l’abattage (explosif) : propagation et atténuation des vibrations vers l’environnement
• Boulonnage : adhérence boulon/terrain (essais d’arrachement)
Essais pour mesurer ces paramètres
Recommandations AFTES pour le choix des paramètres utiles à la conception et à l’exécution des ouvrages creusés en souterrain
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Choix des types d’essais adaptés :• aux paramètres recherchés (dimensionnements des
soutènements revêtements ; stabilité court terme ; moyens d’abattage …)
• aux terrains (sols – roches)• Au stade de l’étude (faisabilité, APS, APD, exécuti on)
… et une fois ces paramètres connus
Classifications des terrains pour orienter :- Le choix des techniques de soutènements :
cintres, boulons, béton projeté, pré-soutènements …
- Le dimensionnement de ces soutènements :
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- Le dimensionnement de ces soutènements : épaisseur des béton, longueur et densité des boulons …
Cf. séances à venir