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Creusement conventionnel (traditionnel) :
Le creusement peut se faire de plusieurs manières, on peut distinguer :
a) Le creusement en pleine section Elle est utilisée dans des projets de grandes longueurs avec un sol homogène de bonne ou assez bonne tenue et sans besoin d’utilisation d’un soutènement provisoire, sauf si le rocher présente des fissures tolérables (fissuration à la suite d’utilisation d’explosifs ou fissures propres au massif), dans ce cas-là, il est conseillé d’utiliser un soutènement provisoire. Mais elle nécessite l’utilisation d’un équipement important (grande hauteur de l’excavation, importance des volumes de marinage à chaque volée) (CETU, 1998) Lorsqu’elle est applicable (moyennant si nécessaire un soutènement du front de taille), la méthode de creusement en pleine section est plus favorable pour contrôler les.
b) Le creusement en demi-section Le creusement par demi-section est recommandé pour les travaux dans des terrains hétérogènes nécessitant l’utilisation d’un soutènement important. Il peut être utilisée très largement par la suite en variant la longueur de l’avancement de l’unité. Sur certains terrains difficiles, on peut poser très rapidement le soutènement en le mettant en place dans une excavation périphérique. L’avantage principal de la demi-section, par rapport à la méthode de creusement en section divisée est la possibilité de la mise en place rapide d’un soutènement ou d’un revêtement sur toute la partie supérieure. En comparaison avec la pleine section, elle ne nécessite pas un très grand matériel mais plutôt un équipement de terrassement habituels pour l’excavation du stross. Dans le procédé d’excavation en demi-section, la partie supérieure de la section est d’abord réalisée, la partie inférieure étant excavée avec un écart dans le temps. Si nécessaire, le soutènement doit être renforcé avant de creuser le stross, à la fois dans la partie supérieure (cintres, blindage, béton projeté, béton) et dans la partie inférieure (micropieux sous les appuis de cintres, colonnes de jetgrouting en piédroits). Généralement, le revêtement final n’est mis en place qu’après l’excavation de toute la section. (CETU, 1998).
c) Le creusement en section divisée Dans la méthode de creusement en section divisée on commence par une ouverture d’une (ou plusieurs) galeries de petite section dont une partie du soutènement participe au soutènement de l’excavation totale à réaliser. La section peut être divisée de différentes manières et elle dépend de la dimension maximale de l’excavation qui peut rester stable par elle-même avant l’emploi du soutènement. La position des phases d’excavation peut être très variée ; elles doivent être adaptées à la situation de l’ouvrage, à sa forme et au matériel. Il est possible d’exécuter ces galeries sur toute la longueur de la zone à réaliser en section divisée avant même le début de l’excavation du reste de la section. Avant de développer des procédés de renforcement du front du taille, cette méthode était utilisée lorsqu’on est face à un terrain qui présente des caractéristiques médiocres et qui ne suffisent pas pour avoir un front de taille stable si on utilise la méthode en pleine ou demi section. Dans le cas de sections larges, deux galeries peuvent être utilisées à la base des piédroits, pour bétonner une partie du revêtement final.
SOUTÈNEMENT DES OUVRAGES SOUTERRAINS
Souvent les excavations souterraines ne sont pas stables, des éboulements ou des effondrements se produisent, soit pendant l’excavation, ou après un temps plus ou moins long. Dans d’autres cas, la convergence de l’excavation est excessive, ou bien les déformations dues au creusement ne seraient pas admissibles pour les structures voisines. On est alors conduit à soutenir l’excavation ; au point de vue mécanique ce soutènement a pour rôle d’assurer la stabilité à court terme ou à long terme et de contrôler les déformations instantanées ou différées des terrains encaissants. Le soutènement est évidemment le facteur le plus important de la sécurité du chantier. Les instabilités peuvent apparaître au cours de l’excavation, et le soutènement doit être mis en place au fur et à mesure de la progression du chantier à une distance plus ou moins grande du front d’attaque dans les terrains particulièrement difficiles ; Par contre dans d’autres cas la galerie est stable pendant l’excavation et les effondrements peuvent se produire ultérieurement (Panet, 1973). Pour choisir un soutènement et notamment pour déterminer l’épaisseur du revêtement ; il faut aussi tenir compte du comportement à long terme des terrains, les déformations différées conduisent dans certains terrains à des sollicitations croissantes ; il convient donc d’étudier successivement le soutènement pendant les travaux d’excavations et les sollicitations de soutènement à long terme, soit pendant la vie de l’ouvrage.
Boulonnage
La technique de renforcement des sols en place par barres en acier est apparue dans les années 50 dans les mines des États-Unis. En France, il a débuté au début des années 70 avec la réalisation d’un mur provisoire construit pour un élargissement de la voie ferrée Paris Versailles. L’expérience française n’a alors cessé de s’enrichir du fait de la flexibilité d’emploi et de mise en oeuvre de cette technique. Son application, en tant que renforcement radial, s’est notamment développée dans les chantiers souterrains en site difficile par le traitement des difficultés ponctuelles comme les chutes de bloc. L’extension de cette technique aux terrains de caractéristiques médiocres a conduit à l’utiliser de manière systématique comme soutènement radial définitif, en l’associant au béton projeté (Nouvelle Méthode Autrichienne). On appelle boulonnage le renforcement du terrain encaissant au moyen de barres généralement métalliques et de longueur comprise entre 1,50 et 5 m, placées à l’intérieur du terrain à partir de la surface libre.
Contrairement aux cintres qui agissent par supportage, les boulons agissent surtout par confinement, c’est-à-dire qu’ils développent le long de la paroi du tunnel, une contrainte radiale qui, même si elle est faible, permet d’augmenter dans des proportions très importantes la résistance du terrain dans la direction tangentielle. Même s’il a localement dépassé sa limite de rupture, le rocher est ainsi capable de retrouver un nouvel état d’équilibre grâce à la formation de voûtes de décharge tout autour de l’excavation. Les boulons agissent également comme armatures en améliorant la résistance au cisaillement du terrain fracturé et en lui conférant une sorte de cohésion fictive. On voit que le mode d’action du boulonnage est très différent de celui des cintres dans la mesure où, dans le premier cas, le terrain est aidé à se soutenir lui-même en utilisant ses propres capacités alors qu’il joue, dans l’autre cas, un rôle un peu plus passif. Deux matériaux sont utilisés pour la fabrication de boulons : l’acier ou la fibre de verre ; le premier étant utilisé pour le boulonnage radial des tunnels alors que le second est associé au boulonnage frontal. Les deux types de boulons d’ancrages qui existent : les boulons à ancrage ponctuel et les boulons à ancrage réparti.
Conclusion Générale
De nos jours, les ouvrages souterrains constituent une des meilleures solutions aux problèmes urbains ainsi qu’aux liaisons interurbaines dans les régions montagneuses. Un large éventail des structures souterraines a été réalisé pour améliorer les conditions de vie en ville. Malgré tous les avantages, leur construction représente un challenge pour les ingénieurs, ils doivent avoir des connaissances dans tous les aspects du génie civil (Matériaux, géotechnique, RDM, Béton, Numérique…). L’un des grandes difficultés dans ce type de construction est leur stabilité, qui est assurée généralement par le soutènement. D’où s’est créé l’intérêt de notre travail qui a eu pour objet d’étudier l’influence du soutènement sur la stabilité des ouvrages souterrains précisément les tunnels. Afin d’arriver à cet objectif, l’étude présente s’est focalisée sur des modélisations numérique 2D pour analyser le comportement de notre ouvrage et son interaction avec le sol. C’est dans ce cadre que ce mémoire a été réalisé, il s’est réparti sur trois chapitres : Une première partie bibliographique comportant deux chapitres représentant des généralités sur les ouvrages souterrains et sur les soutènements, et une deuxième partie consacrée aux analyses numériques des déplacements verticaux générés. Deux différentes natures de sol ont été adoptées, il s’agit d’un sol homogène et un autre hétérogène. La technique du bouclier a été adoptée ce qui a suscité l’utilisation du béton pour le soutènement. Une approche numérique a été adoptée par des calculs bidimensionnels pour une analyse en section courante. Ce travail a par ailleurs dégagé l’influence des différentes caractéristiques du soutènement (l’épaisseur du soutènement et le module d’élasticité) sur l’ampleur des déplacements verticaux ainsi que sur le comportement de la structure. Les résultats trouvés ont montré que l’augmentation de ces deux paramètres fait réduire les déformations résultantes et ceci est valable pour les deux natures de sol. Néanmoins, dans les sols hétérogènes, les déformations sont plus importantes. Ceci dit, cette augmentation devrait être soumise à des normes bien précises car un accroissement bien important peut emmener à un résultat inverse.
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