Etude expérimentale et numérique de modèle réduit bidimensionnel du creusement d'un tunnel. Développement

Dolzhenko Nataliya

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• Publié par: Urke
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Extrait

INTRODUCTION GENERALE Lors de la construction d’un tunnel en site urbain, les ingénieurs sont confrontés à un problème très délicat concernant le contrôle des mouvements de terrains induits par le creusement qui peuvent affecter la stabilité des ouvrages existants. Une bonne estimation de ces mouvements de terrain est donc nécessaire. Dans la majorité des cas, l’observation détaillée du comportement d’un ouvrage réel est impossible. La réalisation de modèle réduit permet de pallier à ce handicap. De nombreux travaux ont été effectués sur modèle réduit en utilisant différents types de sol, différentes conditions de similitude, différentes méthodes de creusement ( Mair et al [1996] , Grant et al [1998], Esfehani [1999]). Les essais sur les modèles réduits sont très utiles, ils peuvent apporter des éléments d’information et de prévision dans des domaines très divers. Les problèmes étudiés sur les modèles réduits en mécanique des sols peuvent être distingués en deux sections :de nature bidimensionnelle ou tridimensionnelle suivant le phénomène que l’on désire mettre en évidence. Les simulations expérimentales tridimensionnelles sont rares à cause de leur complexité de réalisation et de leur coût relativement élevé. Les expériences traitant des problèmes en deux dimensions sont beaucoup plus courantes. De plus, avec les progrès de l’informatique nous disposons de méthodes de mesure de déplacement précises et rapides au sein du massif dans le cas d’un matériau analogique bidimensionnel. L’ingénieur dispose d’outils numériques très puissants qui permettent de simuler le creusement d’un tunnel en fonction de la technique adoptée et du phasage des travaux, afin de vérifier si les déplacements induits restent admissibles pour le massif. Les lois de comportement de sol utilisées dans les logiciels géotechniques jouent un rôle très important sur les résultats de la simulation numérique. L’objet de ces lois est de caractériser l’évolution mécanique du matériau sous l’effet d’actions extérieures données. Il est donc important de mettre en œuvre un modèle constitutif simple d’utilisation et représentant correctement le comportement réel du matériau étudié. L’objet de ce travail de thèse est de relier les deux aspects : expérimentaux et numériques afin de mieux comprendre et de prévoir les perturbations dans le massif lors du creusement d’un tunnel. Ce mémoire est structuré en 4 parties et neuf chapitres : La première partie présente une étude bibliographique sur le contexte du problème que nous avons traité et comporte deux chapitres distincts : le premier est consacré aux aspects généraux sur les constructions souterraines, aux différentes techniques de creusement ainsi que des conditions dans lesquelles ces méthodes sont applicables. Ensuite on s’intéresse aux mouvements de sol induits par le creusement d’un tunnel et on présente les différentes méthodes de prédictions des tassements. le second chapitre présente les modèles réduits existants de tunnel. La seconde partie est composée de trois chapitres qui présentent l’étude expérimentale : le troisième chapitre présente des outils expérimentaux utilisés dans ce travail de thèse. La modélisation physique est effectuée à l’aide d’un modèle réduit bidimensionnel de tunnel et du sol analogique de TaylorSchneebeli. L’exploitation des résultats est faite par la méthode de corrélation d’images, cette technique récente permet d’obtenir le champ

complet de déplacements et de déformations au sein du massif. La précision des mesures est étudiée dans ce chapitre. le chapitre 4 traite de l’étude expérimentale des phases de creusement d’un tunnel. Les champs de déplacements ainsi que de déformations sont analysés et présentés pour deux types de sollicitations : confinement du diamètre du tunnel et déconfinement du diamètre. le chapitre 5 comporte une étude expérimentale des différents types d’essais d’identification (biaxiaux, oedométriques) réalisés pour déterminer les caractéristiques rhéologiques du matériau utilisé dans le modèle réduit. La troisième partie regroupe deux chapitres : le chapitre 6 comporte une synthèse bibliographique des lois de comportement des matériaux granulaires. le chapitre 7 présente la loi de comportement MMC, qui a été développée au cours de ce 2D travail et implantée dans le code de calcul FLAC, utilisé dans la partie numérique. La quatrième partie concerne la simulation numérique des essais expérimentaux réalisés avec la loi développée, elle regroupe deux chapitres : le chapitre 8 présente la simulation numérique des essais biaxiaux et oedométriques avec la loi MMC. Les paramètres de la loi sont déterminés à partir des méthodes d’identification présentée dans le chapitre 7. le chapitre 9 confronte une étude expérimentale aux calculs bidimensionnels pour les tunnels peu profonds, avec le même jeu de paramètres.