CHEBAP Trx Souterrains 2 Presentation Generale

2. Présentation générale2. Présentation générale

ENPC – CHEBAPModule « ouvrages souterrains »

Séances « Géotechnique »

ENPC - CHEBAP Module « ouvrages souterrains » 1

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


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


� 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


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


� 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


% de dépassement du coût des travaux / prévisions

% d

u co

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x

DEMARCHE ANALYSE DE RISQUE


2. La rôle de la géotechnique dans les

travaux souterrainstravaux souterrains


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,


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


– 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


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


COMPORTEMENT IMMEDIAT


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


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


COMPORTEMENT IMMEDIAT


3. Les techniques de construction


3.1. METHODES TRADITIONNELLES


3.1. METHODES TRADITIONNELLES (SEQUENTIELLES)


METHODES TRADITIONNELLESen TERRAINS DIFFICILES

• Excavation en sections divisées

Actions sur les méthodes d’excavation


+ soutènement par cintres et tôles ou béton projeté

• Eventuellement merlon au front(si dimensions suffisantes et stabilité du front limite)

Excavation en sections divisées


Techniques de traitement du terrain

• Renforcement• Boulons• Pré-soutènements

Actions sur le terrain


• Pré-soutènements

• Drainage• Injections• Congélation

Boulons et béton projeté (Méthode autrichienne)

Actions sur le terrain : renforcement


On sollicite beaucoup moins le terrain …..


Renforcement par boulonnage

• Limitations

– Terrains perméables sous l’eau


• Injection d’étanchéité• Rabattement de nappe• Air comprimé

– Sols mous• Très faible résistance à l’arrachement des boulons

Actions sur l’eau : drainage


Actions sur l’eau + le terrain : injections

Objectifs : - consolidation (améliorer la résistance et diminuer ladéformabilité)

- étanchement (réduire la perméabilité)


Depuis la surface En tunnel à l’avancement

Actions sur le terrain : pré-soutènements

Objectifs : « soutenir le terrain avant de l’excaver … »


Actions sur le terrain : congélation

Objectifs ≈ injections : consolider et étancher les terrains


3.2. METHODES MÉCANISÉES : TUNNELIERS (BOUCLIERS)



3.2. METHODES MÉCANISÉES : TUNNELIERS (BOUCLIERS)

• 4 fonctions combinées :– Excavation– Avancement– Soutènements (revêtement) parois et front– Marinage (hydraulique, à vis ou par convoyeurs)


• Avantages :– Stabilité du front– Réduction des tassements– Sécurité accrue– Avancements performants (10 à 15 ml/jour jusqu’à

40//50 ml/jour - Transmanche)


4. L’approche géotechnique d’un projet

de tunnelde tunnel


Moyens d’études et de reconnaissances géologiques, géotechniques et

hydrogéologiques

• Études géologiques : bibliographie, terrain, photo-interprétation,

• Méthodes géophysiques• Reconnaissances géotechniques : sondages


• 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


4. Paramètres hydrogéologiques5. Paramètres de constructibilité

• Histoire géologique du massif• Directions des contraintes principales• Valeur de K o = σσσσh/σσσσv

1. Contraintes naturelles


• 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


: 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


• 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


• 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


• 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


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 :


- Le dimensionnement de ces soutènements : épaisseur des béton, longueur et densité des boulons …

Cf. séances à venir

Documents

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