Classification des massifs rocheux et dimensionnement des tunnels

Introduction générale
Chapitre I : Construction des tunnels
I.1. Introduction
I.2. Etape d’investigation et de caractérisation
I.2.1. Usage des galeries de reconnaissance
I.2.2. Objectifs des galeries
I.2.3. Section d’essai élargie
I.3. Réalisation
I.3.1. Technique de creusement
I.3.2. Reconnaissances spécifiques à la mécanisation de l’excavation
I.3.2.1. Moyens
I.3.2.2. Essais de résistance
I.3.2.3. Essais d’abrasivité
I.3.2.4. Détermination des discontinuités
I.4. Méthode de creusement
I.4.1. La méthode d’excavation par section (sequentielle)
I.4.1.A. Creusement à l’explosif
I.4.2. Creusement mécanisé
I.4.2.1. Creusement au tunnelier (Tunnel Boring Machine TBM)
I.4.2.2. Creusement à attaque ponctuelle
I.5. Les mouvements de sol dû au creusement d’un tunnel
I.5.1. Description générale des mouvements de sol
I.5.2. Calcul des tassements
I.5.3. Relation entre le déplacement en clef de tunnel et le tassement en surface
I.5.4. Perte de volume
I.6. Soutènements et revêtements
I.6.1. Soutènement
I.6.1.1. Les différents types de soutènement
I.6.1.1.1. Les soutènements agissant par supportage
I.6.1.1.1. A. Les cintres
I.6.1.1.1. A.1. Les cintres métalliques lourds
I.6.1.1.1. A.2. Les cintres métalliques légers et coulissants
I.6.1.1.1. B. Tubes perforés (voûte parapluie)
• La voûte parapluie
• L’enfilage en calotte
• Les voûte-parapluie emboîtées
• Structures plus rigides (arc cellulaire)
I.6.1.1.1.B.1. Avantage du pré-soutènement par voûte parapluie
I.6.1.1.2. Les soutènements agissant à la fois par confinement et comme armature du terrain encaissant
I.6.1.1.2. A. Boulons à ancrage ponctuel
I.6.1.1.2. B. Boulons à ancrage réparti
I.6.1.1.2. C. Barres foncées dans le terrain
I.6.1.1.3. Les soutènements agissant par confinement du terrain encaissant
I.6.1.1.3. A. Béton projeté
I.6.1.1.4. Les soutènements agissant par consolidation du terrain et modification de ses caractéristiques géotechniques ou hydrologiques
I.6.1.2. Choix d’un mode de soutènement
I.6.2. Revêtement
I.6.2.1. Les différents types de revêtement
I.6.2.1. A. Revêtement en béton coffré non-armé
I.6.2.1. B. Revêtement en béton coffré armé
I.6.2.1. C. Revêtement en béton projeté
I.6.2.1. D. Revêtement en voussoirs préfabriqués
I.7. Etanchéité des tunnels
I.7.1. Les raisons de l’étanchéité
I.7.2. Choix du système d’étanchéité
I.7.3. Type de produit d’étanchéité
I.7.4. Choix des solutions
I.8. Conclusion
Chapitre II : Classification des massifs rocheux et dimensionnement des tunnels
II.1. Introduction
II.2. Méthodes empiriques ou Méthodes de classifications
II.2.1. Méthode de K. Terzaghi
II.2.2. Rock Quality Designation (R.Q.D )
II.2.3. Méthode de Z. Bieniawski
II.2.4. Méthode de N. Barton
II.2.4.1. Généralités
II.2.4.2. Domaine d’application du Q-system
II.2.4.2. A. Détermination du mode de soutènement
II.2.4.2. B. Détermination des efforts
II.2.4.2. C. Détermination du module de déformabilité du massif
II.2.5. Classifications de l’AFTES (1993)
II.2.5.1. Principe
II.2.5.1. A. des critères relatifs à l’ouvrage et à son mode d’exécution
II.2.5.1. B. des critères relatifs à l’environnement
II.2.5.2. Recommandations
II.2.6. Méthode de l’indice de résistance géologique GSI (Geological Strength Index)
II.2.6.1. Le GSI modifié (Sonmez et Ulusay, 1999)
II.2.6.2. Corrélations entre les différentes méthodes de classification
II.3. Méthodes Analytiques
II.3.1. Les Méthodes analytiques élastique
II.3.2. Les Méthodes analytiques élasto-plastique
II.3.2.1. Théorème limite
II.3.2.1. A. Solution statiquement admissible de Caquot (1956)
II.3.2.1. B. Solution statiquement admissible d’Atkinson et Potts (1977)
II.3.2.1. C. Solution statiquement admissible de Mühlhaus (1985)
II.3.2.2. Théorème de Panet
II.3.2.2. A. Critère de rupture et loi de comportement plastique
II.3.2.3. Méthode convergence-confinement
II.3.2.3. A. Définition de la convergence
II.3.2.3. B. Principe de la méthode convergence-confinement
II.3.2.3. C. Détermination du taux de déconfinement à l’application du soutènement
II.3.2.3. D. Méthodes fondées sur la convergence du tunnel non soutenu
• Comportement élastique du massif
• Comportement élasto-plastique du massif
II.3.2.3. E. Méthodes fondées sur la convergence du tunnel soutenu
II.3.2.3. F. Le comportement mécanique des soutènements
II.4. Les méthodes numériques
II.4.1. Méthodes numériques appliquées aux tunnels
II.3.2. Les différents types de modélisations de tunnel
II.4.2.1. La modélisation 2D en déformations planes
II.4.2.2. La modélisation 2D en conditions axisymétriques
II.4.2.3. La modélisation tridimensionnelle
II.5. Conclusion
Chapitre III : Renforcement du front de taille d’un tunnel par boulonnage
III.1. Introduction
III.2. Phénomène de décompression du massif
III.3. L’analyse des déformations contrôlées dans les roches et dans les sols ADECO-RS
III.3.1. Les phases particulières de l’approche ADECO-RS
III.3.1.1. Phase reconnaissance
III.3.1.2. Phase de diagnostic
III.3.1.3. Phase de thérapie
• Mesure d’extrusion
• Relevés topographiques
• Mesure de pré-convergence
III.3.1.4. Phase opérationnelle
III.3.1.5. Phase de vérification
III.4. Le boulonnage au front de taille
III.4.1. Histoire du clouage des terres
III.4.2. Technique de boulonnage frontal
III.4.2.1. Les boulons à ancrage ponctuel
III.4.2.2. Les boulons à ancrage réparti
III.4.2.3. Les boulons à friction
III.4.3. Caractéristiques d’un boulon en fibre de verre
III.4.3.1. Caractéristiques du scellement
III.4.3.2. Mise en place dans le massif
III.5. Dimensionnement du boulonnage frontal
III.5.1. Approche en stabilité
III.5.1. A. Analyse type équilibre limite
III.5.1. B. Calcul à la rupture
III.5.2. Approche en déformation
III.5.2. A. Calcul analytique
III.5.2. B. Approches homogénéisées
III.5.2. B.1. Amélioration des paramètres d’élasticité et de plasticité anisotropes
III.5.2. B.2. Homogénéisation simplifiée
III.5.2. B.3. Symétrie cylindrique
III.5.2. B.4. Approche en symétrie sphérique
III.5.3. Calculs numériques
III.5.3.1. Approches simplifiées
III.5.3.1. A. Module du sol renforcé
III.5.3.1. B. Cohésion renforcée
III.5.3.1. C. Modèle d’Indraratna
III.5.3.1. D. Pression appliquée au front de taille
III.5.3.2. Homogénéisation
III.5.3.3. Approches prenant en compte la modélisation complète du terrain et du renforcement
III.5.3.3. A. Modèles en déformations planes
III.5.3.3. B. Modèles tridimensionnels
III.6. Conclusion
Chapitre IV : Description et auscultation du Tunnel T4
IV.1. Introduction
IV.2. Description générale du tunnel T4 de l’autoroute est-ouest
IV.3. Conditions géologiques et géotechniques
IV.4. Conditions hydrologiques
IV.5. Méthode de réalisation et de soutènement
IV.5.1. Les principes d’exécution du chantier sont les suivants
IV.6. Processus de renforcement du tunnel T4
IV.7. Le comportement différé (le fluage)
IV.8. Auscultation du tunnel T4
IV.8.1. Les paramètres à mesurer
IV.8.1.1. Paramètres géométriques
IV.8.1.1.A. Tassement et rotation en surface
IV.8.1.1.B. Déplacement en forage
IV.8.1.1.C. Convergence de la paroi
IV.8.1.1.D. Déformation du revêtement définitif
IV.8.1.1.E. L’extrusion
IV.8.2. Paramètres mécaniques
IV.8.2.1. Force (tirant, boulon, pied de cintre…)
IV.8.2.2. Contraintes dans le massif ou le soutènement
IV.8.3. Paramètres hydraulique
IV.9. Conclusion
Chapitre V : Aperçu sur l’outil numérique et les lois de comportements de sol
V.1. Introduction
V.2. La méthode des éléments finis
V.3. Hypothèses de calcul et modèles numériques
V.4. Le code Plaxis 3D Tunnel
V.5. Formulation d’une loi de comportement
V.5.1. Lois de comportement élastique
V.5.1.1. Comportement élastique linéaire isotrope (loi de Hooke)
V.5.1.2. Lois élastiques non linéaires incrémentales
V.5.1.3. Loi élastique non linéaire incrémentale de type hypoélastique
V.5.1.4. Le modèle hyperbolique
V.5.1.5. Le module variable
V.5.5. Conclusions sur les lois sans plasticité
V.5.2. Lois de comportement élastoplastiques
V.5.2.1. Notion de surface de charge
V.5.2.2. Loi d’écoulement
V.5.2.3. Loi d’écrouissage
• Loi d’écrouissage isotrope
• Loi d’écrouissage cinématique linéaire
V.5.3. Technique de résolution
V.6. Procédure d’itération dans Plaxis
V.7. Lois de comportements utilisés dans Plaxis
V.7.1. Modèle élastique linéaire
V.7.2. Modèle de Mohr-Coulomb
V.7.3. Modèle: Hardening Soil Model (HSM)
V.7.3.1. Courbe effort-déformation
V.7.3.2. Les modules
V.7.4. Modèle pour les roches fracturées (Jointed Rock model)
V.7.5. Modèle pour sols « mous » avec effet du temps (Soft Soil Creep Model, SSCM)
V.7.5.1. Rappel sur les paramètres du modèle
V.7.5.2. Les paramètre de SSCM
V.7.5.3. L’indice de gonflement modifié, l’indice de compression modifié et l’indice de fluage modifié
V.7.5.4. Relations avec les paramètres du Cam- Clay
V.7.5.5. Coefficient du Poisson
V.8. Conclusion
Chapitre VI : Modélisation numérique d’une section de tunnel T4
VI.1. introduction
VI.2. Présentation de la procédure de simulation
VI.2.1. Caractéristiques géométriques et géotechniques
VI.2.2. Les caractéristiques géotechniques utilisées
VI.2.3. Boulonnage radial
VI.2.4. Le maillage tridimensionnel
VI.3. Les différentes analyses adoptées
VI.3.1. La méthode NATM
VI.3.2. La méthode ADECO.RS
VI.4. Les résultats recherchés
VI.5. La méthode NATM
VI.5.1. Simulation de creusement
VI.5.2. Les caractéristiques du soutènement (cintres et béton projeté)
VI.5.3. Les caractéristiques de boulons radiaux utilisés
VI.5.4. Le premier cas
VI.5.4.1. Phasage de calcul
VI.5.5. Le deuxième cas
VI.5.5.1. Modélisation de la voûte parapluie
VI.5.5.2. Représentativité de la cellule de base
VI.5.5.3. Détermination du module équivalent
VI.5.5.4. Phasage de calcul
VI.6. La méthode ADECO.RS
VI.6.1. Explication de la méthode FIT
VI.6.2. Modélisation du renforcement de front
VI.6.2.1. Cas 1 : L’augmentation de la cohésion du sol
VI.6.2.2. Cas 2 : Pression appliquée au front de taille
VI.6.3. Phasage de calcul
VI.7. Les résultats obtenus pour chaque méthode
VI.7.1. Etude du mouvement du tunnel
VI.7.1. A. Les mouvements verticaux
VI.7.1. B. Les mouvements horizontaux
VI.7.2. Déformations principales
VI.7.3. L’extrusion
VI.7.4. Les forces dans les boulons radiaux
VI.7.5. Les moments et l’effort normal
VI.8. Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographiques

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Etude numérique de la stabilité d’une section du Tunnel T4 de l’autoroute Est-Ouest (5.49 MB) (Rapport PDF)