PFE soutenu en Juin Pierre DAUDIBERTIERES

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
PFE soutenu en Juin 2011 Pierre DAUDIBERTIERES 1/4 E T U D E D E L ' I M P A C T D ' U N P R O J E T T U N N E L I E R S U R L E S S T R U C T U R E S E T I N F R A S T R U C T U R E S E X I S T A N T E S Société d'accueil : HALCROW Group Ltd. PFE présenté par : Pierre DAUDIBERTIERES Tuteur industriel : Robert WHALLEY Enseignant superviseur : Hossein NOWAMOOZ Résumé Dans le cadre de mon Projet de Fin d'Etude, j'ai été associé à l'évaluation des mouvements de sol liés à la construction d'un projet tunnelier et de leur possible impact sur les structures et infrastructures existantes. Ce document propose dans un premier temps une synthèse des différentes théories utilisées dans ce projet pour décrire ces mouvements et leur impact. Il montre ensuite leur application pratique aux différentes situations rencontrées et leurs limites. Il présente enfin les différentes procédures d'acceptation à mener auprès des maîtres d'ouvrages des structures potentiellement affectées. Abstract As part of my Final Project, I have been associated with the assessment of the ground movements induced by a tunnelling scheme and of their impact on the existing structures. This document first summarises the several theories existing to describe these movements and their impact.

  • perturbations du réseau routier

  • structures souterraines

  • tunnel

  • particulier pour la détermination efficace des contours de tassement

  • contours de tassement utile

  • tassement


Publié le : mercredi 1 juin 2011
Lecture(s) : 66
Source : eprints2.insa-strasbourg.fr
Nombre de pages : 3
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ELD ET U D EI M P A C TDT U N N E L I E RS U RL E SU NP R O J E T S T R U C T U R E SE TI N F R A S T R U C T U R E SE X I S T A N T E SSociété d’accueil :HALCROW Group Ltd.PFE présenté par :Pierre DAUDIBERTIERES Tuteur industriel :Robert WHALLEY Enseignant superviseur :Hossein NOWAMOOZ Résumé Dans le cadre de mon Projet de Fin d’Etude, j’ai été associé à l’évaluation des mouvements de sol liés à la construction d’un projet tunnelier et deleur possible impact sur les structures et infrastructures existantes. Ce document propose dans un premier temps une synthèse des différentes théories utilisées dans ce projet pour décrire ces mouvements et leur impact. Il montre ensuite leur application pratique aux différentes situations rencontrées et leurs limites. Il présente enfin les différentes procédures d’acceptation à mener auprès des maîtres d’ouvrages des structures potentiellement affectées.AbstractAs part of my Final Project, I have been associated with the assessment of the ground movements induced by a tunnelling scheme and of their impact on the existing structures. This document first summarises the several theories existing to describe these movements and their impact. Then it shows their practical application to the situations encountered and their limits. It finally presents the different approval processes to carry out toward the potentially affected structures’ owners. Document de synthèse Dans le cadre de mon Projet de Fin d’Etude, j’ai été associé à l’évaluation des mouvements de sol liés à la construction d’un projet tunnelier et deleur possible impact sur les structures existantes. La prise en compte de ces mouvements de sol représente un aspect majeur de la conception d’un tel projet qui est soumise à l’acceptation des tierces parties propriétaires des structures et infrastructures potentiellement affectées. Cest une étude transversale qui mêle comportements des sols, comportement des structures susceptibles d’être endommagées et modes de construction des puits et tunnels mis en œuvre. 1. Le projet de tunnel de câbles La consommation de la ville de Londres en matière d’électricité représente environ 20% de la consommation totale du Royaume Uni, et augmente chaque année de 3 à 5 %. Afin de pouvoir répondre aux futurs besoins de Londres en énergie électrique, National Grid, un des principaux producteurs et distributeurs d’énergie du Royaume—Uni, a lancé un programme d’investissement dans le cadre duquel s’inscrit ce projet tunnelier, conçu pour abriter de nouveaux câbles à haute tension de 400kV reliant plusieurs stations électriques de la ville.
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En raison de la très forte densité urbaine de la ville de Londres, la solution consistant à loger les nouveaux câbles dans un tunnel de 3 à 4 mètres de diamètre nominal a été préférée au simple enfouissement pour les principales raisons suivantes : ·les perturbations du réseau routier induites par les travaux de construction. Eviter ·les perturbations du réseau routier induites par les opérations de maintenances. Eviter · Offrirla possibilité d’installer de nouveaux câbles sans travaux supplémentaires. Le marché de conception-réalisation de ce projet s’étendant sur plus de 30 kilomètres et d’un montant total de 200 millions de Livres a été remporté par le Groupement Costain Skanska en Octobre 2010. Dans ce cadre, Halcrow a été missionné par Costain Tunnelling Partnership pour réaliser la conception détaillée des tunnels, puits, ouvrages souterrains annexes et bâtiments d’accès. 2. Modes constructifs Les différents tunnels du projet seront réalisés au moyen de deux tunneliers de 3 et 4 mètres de diamètre nominal spécialement conçus pour les besoins du projet. Ils ont notamment été conçus de manière à pouvoir opérer en mode « ouvert » ou « fermé ». La solution dite « fermée », qui permet de diminuer les tassements en limitant la décompaction du front, sera mise en œuvre à proximité des ouvrages identifiés sensibles ou lors de la traversée de couche de sol peu stables. Ces tunneliers sont des ensembles complexes qui réalisent à la fois le creusement, l’évacuation des déblais et la mise en place des voussoirs formant la structure du tunnel. Les tunneliers sont lancés depuis des puits de lancement vers des puits de réception. Ces puits sont pour la majorité construits à l’aide de voussoir et de béton projeté. Des tunnels auxiliaires temporaires sont construits de part et d’autre des puits de lancement afin de fournir l’espace nécessaire à l’assemblage et au positionnement des tunneliers. Ces tunnels auxiliaires sont creusés à l’aide de machines à attaque ponctuelle et leur structure est réalisée en béton projeté. 3. Evaluation des mouvements de solLe creusement des tunnels, et plus généralement des ouvrages souterrains, dans un sol meuble tel que l’argile qui constitue le principal composant du sous-sol Londonien, s’accompagne inévitablement de mouvements de sol. Ces mouvements de sol se manifestent sous la forme de tassements à la surface du sol. Leur amplitude et leur distribution dépendent de la nature du sol, du mode de réalisation du tunnel, ainsi que de sa profondeur et des caractéristiques géométriques de sa section. Une des missions d’Halcrow est d’évaluer les mouvements de sol associés au projet, ainsi que leur potentiel impact sur les structures existantes. C’est à cette mission que j’ai été associé au cours des 20 semaines de mon Projet de Fin d’Etudes. Il est généralement accepté que la courbe de tassement à la verticale de l’axe du tunnel en construction peut être approchée par une courbe de Gauss inversée. Le tassement induit en tout point est donc directement lié à la distance qui le sépare du tunnel. Plusieurs méthodes existent pour décrire l’allure et l’intensité de ces mouvements. Toutes sont basées sont des observations empiriques relativement récentes. Les plus fréquemment utilisées ont notamment été décrites par O’Reilly & New (1982), Mair et Al (1993) ou New et Bowers (1994). La première méthode est plus simple mais n’est généralement pertinente que pour l’évaluation des mouvements à la surface du sol. Il peut cependant s’avérer utile d’évaluer ces mouvements en des points situés sous la surface du sol, notamment lorsque l’on considère l’impact du tunnel en construction sur des structures souterraines préexistantes. Les deux dernières méthodes sont alors applicables. De même, New et Bowers (1994) ont proposé de décrire les mouvements de sol associés à la construction des puits. Pour les besoins du projet, ces mouvements de sol engendrés par la construction du projet sont modélisés à l’aide du logiciel Xdisp qui intègre les théories et résultats empiriques évoqués précédemment. Ce logiciel ne permet donc qu’une modélisation relativement simple puisque les méthodes citées ci-dessus ne sont applicables qu’à des tunnels circulaires et ne tiennent pas compte de l’interaction sol-structure. Il s’avère cependant un outil efficace permettant de définir l’allure des tassements tout au long des 33km du projet et d’ainsi identifier les structures potentiellement affectées.
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4. Impact du projet sur les structures existantesLes mouvements du sol en général, et particulièrement ses mouvements différentiels, peuvent être dommageables aux structures et infrastructures déjà existantes non seulement à la surface, mais également dans le sous-sol. Les principales structures à risque présentes à la surface sont les bâtiments, présents tout au long du projet. Afin d’évaluer les potentiels dommages subits par ces structures, la méthode de Burland et Worth (1974) est utilisée. Cette méthode relativement simple a été proposée afin d’évaluer la déformation des structures en maçonnerie, qui représentent la grande majorité des bâtiments Londoniens, sans tenir compte de l’interaction sol-structure. Les façades des bâtiments sont alors considérées comme des poutres rectangulaires posées sur la surface du sol et directement soumises aux déplacements de celle-ci. Puisque la méthode s’applique aux structures en maçonnerie, elle ne s’intéresse qu’aux déformations de traction, qui sont généralement à l’origine de l’apparition des fissures. Des catégories de dommages ont été décrites par Burland (1997) en fonction de leur sévérité, fixant ainsi des valeurs de déformation limite. Un grand nombre d’autres structures et équipements se trouvant à la surface peuvent présenter des risques. C’est le cas, entre autres, des ponts, murs de soutènement et voies ferrées. Directement sous la surface du sol se trouve une importante densité de réseaux. Une grande partie des réseaux d’égout est construite en brique et présentent donc un risque. Enfin les réseaux d’adduction d’eau et de gaz comportent dans leurs parties les plus anciennes des conduites en fontes. Ces conduites sont particulièrement sensibles du fait de la grande fragilité de leur matériau et du risque de fuite dû à une éventuelle ouverture des joints. Ces équipements peuvent donc être endommagés par les mouvements de sols liés à la construction du tunnel. La dernière catégorie de structures à risques regroupe les nombreux ouvrages souterrains présents dans le sous-sol de London. Ces ouvrages abritent principalement les voies ferrées du réseau métropolitain ainsi que des tunnels utilitaires tels que les tunnels de câbles ou les déversoirs d’orage. Dans le cadre de l’étude de l’impact du projet sur les structure et infrastructures existantes, j’ai réalisé pour éléments conçus au cours de ma présence dans l’équipe les modèles permettant de calculer les contours de tassement utile à l’identification des structures potentiellement endommagées. J’ai ensuite conduit l’évaluation des dommages aux structures identifiées et rédigé les rapports destinés à présenter les hypothèses et conclusions de ces travaux aux différents maîtres d’ouvrages concernés. Pour ce faire j’ai été amené à développer des feuilles de calcul, en particulier pour la détermination efficace des contours de tassement et l’évaluation des dommages causés aux conduites en fonte.
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