Analyse de l'interaction entre deux tunnels parallèles d'un tronçon de l'autoroute Est Ouest.

`J

æ~oi;r gardés en borme

uLtè. g\fo'us remercions

'.Ohs ont fdits pow que

j.

ur gwr Dfl:99ÊmÆ¢

nt révaGwtion die ce

compétence.

rtiLmôier j7our son æidè

Cowrage.

g\no.u re"2rcimas égaû3ment as mnti5res d2s

feyonl d]r:ns a3 bu;i d:exa;ri:rier ce m

.-...:t.t':. '.../

....h,:Tr= +,.

rys j,ow [ef fort qu,tts

'dhste trævai[

I

I

I

I

I

1

1

1

I

1

1

I

1

1

I

I

I

I

Résumé :

Ces demières années, l'étude de l'équilibre et la stabilité des tunnels suscite un intérêt

important. Les mouvements susceptibles de se produire au niveau du front de taille et en surface ont pemis d'introduire des méthodes récentes de réalisation et de renforcement afin

que nous puissions les contrôler.

Ce travail de mémoire a pour but d'étudier la stabilité d'une section du tunnel T4, situé à Djbel el kantour à Skikda, le tunnel est constitué de deux tubes parallèles de même section d'excavation. La distance entre les deux tubes qui est L= 2R permet de créer des pressions et des défomations non calculées au moment d'excavation. Ces sollicitations dépendent fortement de la méthode de creusement, le type de soutènement et qualité du massif qui de la mame compacte.

Plusieurs distances entre les deux tubes ont été adoptées et modélisées par le code Plaxis 2D afin d'évaluer l'interaction entre les deux tubes qui sont excavés en même temps et avancés de la même vitesse. Ces distances sont en fonction de Rayon de tunnel R.

L'interaction entre les deux tubes est fortement liée à la distance horizontale entre les deux tubes. Les défomations totales et le tassement du sol sont diminués sensiblement avec l'augmentation de la largeur du bloc de la mame compacte entre les deux tubes

Mot cLé : Tunne], Front de tai[]e, Renforcement, excavation, creusement, modélisation numérique

Abstract:

In récent years, The study of equilibrium and stability of the tunnel arouse an important interest. Movements that are likely to occur at the front surface and allowed to introduce methods of construction and building recently so they can control them.

This working memory aims to study the stability of a section of tunnel T4 , Iocated Djbel el Kantour in Skikda , the tunnel consists of two parallel tubes of the same excavation section. The distance between the two tubes is L = 2R creates not calculated pressures and defomations at the iime of excavation. These stresses depend heavily on the excavation method, the type of suppoii and quality of the massif of the compact marl.

many distances between the two tubes were adopted and modeled by the Plaxis 2D code to evaluate the interaction between the two tubes that are excavated along and developed the same speed. Distances are based on tunnel radius R.

I

1

1

1

I

1

1

1

I

I

I

1

1

1

1

[

I

1

1

1

The interaction between the two tubes is closely related to the horizontal distance between the two tubes. The total defomations and soil compaction are reduced substantially with increasing the block width of the compact marl between the two tubes.

Keywords: tunnel, ffont surface, reinforcement, excavation, support, numerical modeling

:ü

eLllii + j 6iiii i+ij jÊ. `=1±=: ùi LLiLJi Ù +!i ûis,|i .ijàls iAiA3^i ++ L3iijvi .i,iLi j Ùjiji)i iui+ .\+iëlJA ejLL,i fJ ii>i> rjc>t3 j ijii3 j,L €ijj}+ L|=..

t:tA ùt!Jiji^ Cjjjj+i lt- Ùjsi± L5ii!i ,âJi£-+ jjiisJi tJ+> + ej; çfi]i 4 ù L;iiii Ù-+ Lijù ]! Li]Œ uAL!l là^

•i. .jiiJl .\ùl i+Jqi- |£ i:J\^|.À: j JyiL;a jli+ CJLi£ L = 2R + vjJl ttïJ+ivl j#J iiLJ' +± JïL` +

j `i±-iÊi ü.üi j)±; `=ii\-.`-:± .ijjiJi ii:sii ijEji j flii EJij . jiiJi i}:jL UJ. *]s Cj£.i] ]Airi Jl-JiJi

rùîîii ic|P U.`ii j llijJi LIAii d \-.jii rl-ççi]i Ù3jj+ivi i#j JÈüiii r±jîii piaxis 2D eAuj J>\| ùA cJ-.`jii]l jLi il^-j JÉ> ùliLJI JA3Lîj ù> J.l i+jî}l Jalidl j vJSJl .+.îill L}i)}iij tî! tJ3a+ \-¢j±j ijiivl ijLJl! \ijj lLlïijl ü?.+Vl [PJ ùliill Jaï;jj .Ù3tj+ivi t]j+ i3jiJi iJÎsJi Uèjo Ô.\jj er. j3ts ijAîj i+iA3 ,rc. ,Ji> ,jii!i i{+ij ,6ii : `É.a.+n ÉA-ii

1

1

1

1

1

I

1

1

1

1

I

1

1

I

I

I

I

I

SonÆmlRE

Introduction général

PARTIE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

Chapitre 1. Généralité

[.1.Introduction

[.2. Définition d'un tunnel 1. 3. Clæsification des tunnels

1.3. I . Classification des turme[s selon leurs profondeurs

1.3.1.1. Tunnel à ciel ouvert

1. 3.1.2. Tunnel à faible profondeur

1.3.1.3. Tunnel profond

1.3.2. Classification des tunnels selon leur fonctionnement [.3.2.1. Les tunnels de communication parmi [esquels 1.3.2.2. Les tunnels de transpori

1.3.2.3. Les tunnels et cavités de stockage ].3.3. Classification selon la forme de la section 1.4. Les problèmes d'exécution d'un tunnel I.5.Etudes et reconnaissances du site

1.5.1.Condition d'une bonne étude

I.5.2.Reconnaissances géologiques, hydrogéologiques et géotechniques

I.5.2.l.Reconnaissancesgéologique I.5.2.2.Reconnaissances hydrogéologiques I.5.2.3.Reconnaissancesgéotechniques 1.6. Creusement et réalisation des tunnels

1.6.1.Processus de choix I.6.2.Méthodes de creusements

A. Méthode de creusement à pleine section 8. Méthode de creusement par demi-section C. Méthode de creiisement en section divisée

I.6.3.Techniques de creusement des tunnels

].6.3.1.Exécution du creusement dans les te[Tains meuble I.6.3.2.Exécution du creusement dans les terrains durs

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

1

b) Machines à attaque globale

1.7. Soutènement et revêtement I.7.1.Soutenement

1.7.1.1.Les classes principales de soutènement suivant leu mode d'action par rapport au teri.ain 18 1.7.1.2. Rôle de soutènement

1.7.1.3. Les différents types de soutènement

1,7.1,3.1.Soutènement métallîque 1.7.1.3.2. Soutènement en béton

1.7.2. Le revêtement

1.7.2.1. Rôle du revêtement 1.7.2.2. Types de revêtement

1.7.2.2.1. Revêtement en béton coffré armé

I.7.2.2.2.Revêtement en béton coffré non amé

1.7.2.2.3. Revêtement avec les voussoirs préfabriqués en béton amé l.7.2.2.4.Revêtement en béton projeté

I.7.3.Etanchéité des tunnels

1.7.3. I .Qualité d'étanchéité

I.7.3.2.Type de produit d'étanchéité

I.8.Methodes de calcul et évaluations des charges

1.8.1.Les pressions souterraines

1.8.1.1.Types et origines des poussées souterraines

1. 8.1.1.1.Poussée de détente 1.8.1.1.2.Poussée géologique ],8.1.1.3.Poussées de gonflement

1.8.2. Méthodes de calcul des charges

[.8.2.1.Pression verticales ov

1.8.2.1.1.Méthode de TERZAGHI 1.8.2.1.2.Théorie de BIERBAÜMER 1.8.2.1.3. Théorie des poids des terres 1.8.2.1.4.Théorie de PROTODIAKONOV 1.8.2.2. Pressions horizontales

1.8.2.2.1.Méthode de TERZAGHI I.8.2.2.2.Méthode soviétique

1.8.3. Evaluation de la pression agissant au niveau du radier 1.8.3.1.Théorie de TSIMBARIEVITCH

I.8.3.2.Méthode de TERZAGHl

I.8.4.Evaluation de la pression hydrostatique I.8.5.Charges et surcharges

[.8.5. I .Charges intérieures l.8.5.2.Charges extérieures 1.9 Soutènement provisoire

1.9.1. Hypothèses du calcul

1.9.2. Détermination des efforts 1.9.3. Réactio"; d'appuis 42 42 44 45 45 45 45 46 46 46 48

1.9.4. Répartition des efforts intemes entre les cintres métalliques et la voûte en béton projeté ... 48

1.9.4.1. Rigidités des cintres métalliques

1.9.4.2 Rigidités de la voute en béton projeté

1.9.5. Les efforts agissant sur chaque élément de soutènement

1.9.6. La vérification du cintre 1.9.7. La vérification du béton projeté 1.9.8. Vérificatïon du cisaillement

1.9.8.1.vérification des cintres

l.9,8,2.vérification au cisaillement du béton projeté T.9.9. Vérification d'assemblage des éléments du cintre

1.10. Soutènement

1.10. ] . dimensionnement des tunnels

1.10.1.1. Méthodes empiriques

1.10. I .2. Méthodes analytiques 1.10.1.3.Les méthodes numériques

1.1 1.Presentation logiciel PLAXIS ...

48 49 50 50 50 51 51 51 52 52 52 53 53 58 ... 59 l.12.Conclusion ... „ ... „ ... „ ... 60

PARTIE 11 : ETUDE EXPERIMENTALE

Chapitre 11. PréseDtation du projet

II.l.Introduction

II.2.Description du projet générale du tunnel T4 de l'autoroute estuuest „ .... „„.. 61

1

1

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

II.4.La géologie du site

Il.5.Reconnajssancegéotechnique

II.6.Condition géo]ogique et géotechnique Il.7.Conditions hydrologiques

[].8. Creusement

ll.9.Excavation des tunnels

11,10. Soutènements

1[.11.Paramètres de la section de calcul

Il.12.Conclusion

Chapitre 111. Calcul des charges agissabt sur le soutènemebt provisoire

I[I.1.Introduction

III.2.Calcul des charges agissant sur le soutènement du tunnel

63 63 64 65 66 66 66 67 68 69 69 69 Ill.2.1.Calcul des pressions agissant sur le soutènement de demi-section supérieure..„ ... 70

I I I .2. l .1. Pression verticale [ I I .2,1.2,Pressîon horizonta]

]Il.2+2.Calcule les pressions agissant sur le soutènement de la structure globa]e ...,.. 71

111.2.2.1.Pression verticale

III.2.2.2.Pression horizontale

lll.2.3.Calcul des pressions actives agissant sur le niveau de radier

lll.3.Définition des charges agissant sur l'ouvrage

lll.4.Calcul des Moments et des efforts pour le soutènement provisoire

71 72 72 74 80 I]I.5.Répartition des effor(s intemes entre les cîntres métalliques et la voûte en Béton Projeté .,... 82 lll.6.Les calculs de du soutènement provisoire

III.7.Conclusion

Chapitre IV. Analyse de ]'interaction entre deu tunnels para]lè[e IV.1. [ntroduction

IV,2, Application du projeté

IV.2.1. Génération de la géométrie de modèle

[V.2.2. Caractéristîques du soutènement et du terrain entourant le tunnel IV.2.3. Phasage de calcul

IV.3. Résultats et discussion

82 82 83 83 83 84 85 86 86

IV.3.1. Effet de la distance entre les deux tubes sur les déplacements totales de tunnel ... 86 IV.3.2. Effet de la distance entre les deux tubes sur les déplacements des parois de tunnel ....,... 89

1

1

1

I

1

1

I

I

I

I

I

I

I

I

1

1

I

I

I

lv.3.2.2. Dépla€ement au niveau des stross ]V.3.2.3. Déplacement au nîveau du radier

IV.3.3. Tassement de so]

IV.3.3.1. Tassement du sol sur une hauteur H = 7 m au-dessus de tunnel IV.3.3.2.Tassement du sol sur une hauteur H = 10 m au-dessus de tunnel IV.3.3.3. Tassement du sol sur une hauteu H = 20 m audessus de tunnel IV.3.3.4. Tassement du sol sur une hauteur H = 50 m au-dessus de tunnel

91 93 95 95 97 98 99 IV.3.3.5. Tassemem du sol sur une hauteur H = 98 m au-dessus de tunnel (surface) ... 101

IV.3.3.6. Analyse du tassement du sol dans une mame compacte IV.4.Vérification de soutènement IV.6.Conclusion Conclusion général Annexe A

Annexe 8

Références bibliographiques

Figure 1.2. Tunnel Routière

Figure 1.3. Galerie de navigation

Figui.e 1.4. Tunnel Hydraulique

Figure 1.5. Galerie de stockage

Figure 1.6. Exemples de galerie de reconnaissance Figure 1.7. Creusement à pleine section

Figure 1.8. Creusement de demi section Figure 1.9. Creusement de la section divisée Figure 1.10. Fonctïomement d'un bouclier Figure 1.11. Bras à attaflue radiale

Figure 1.12. Bras à attaque transversale

Figure 1.13. Machine à attaque ponctuelle BTM

Figui.e 1.14. Machine à attaque globale TBM

Figure 1.15. Boulon à ancrage ponctuel Figure 1.16. Boulon à fente et coin

Figure 1.17. Boulon à coquille d'expansion Figure 1.18. Boulon à scellement réparti Figure 1.19. Schéma du boulon type split set Figure 1.20. Boulon types Swellex

Figure 1.21. Soutènement par cintres métalliques Figure 1.22. Cintre lourd

I

I

I

1

1

I

I

1

1

I

I

I

I

1

1

I

I

1

Figure 1.24. Enfilage métamque

Figure 1.25. Soutènement par enfilage

Figure 1.26. Soutènement par blindage

Figure 1.27. Voussoirs en béton

Figure 1.28. Revêtement d'un tunnel en béton cofflé

Figure l.29. Voussoir préfabriqué ; a) Voussoirs universels, a) Voussoirs en béton ... 30 Figure 1.30. Etanchéité d'un tunnel

Figure 131. Géotextile

Figu re 1.32. Géomembrane

Figurel33. Mise en place de système d'étanchéité

33

33

33

33

Figure l.34. Processus d'affaissement du coin de voûte surmontant une excavation ...,.,,. 34

Figure 135. Hypothèse de calcul de TERZAGUI ...

Figure 1.36. Hypothèse de calcul de BIERBAÜMER

Figure 1.37. Théorie des poids des terres

Figure 138. Théorie de PROTODIAKONOV

Figure 1.39. Méthode soviétique

Figure 1.40. Théorie de COULOUMB-RANKINE

Figui.e 1.41. Ia poussé au niveau de radier selon TSIMBAR]EVITCH

Figure 1.42. Répartition des poussées au niveau de radier selon TERZAGHI

Figure l.43. Représentation des symbo]es utï]isés dans le soutènement provïsoire ...,... 47

Figure 1.44. Extrusion et instabilité au fiiont de taille d'un tunne]

Figure 1.45. Evolution du taux de déconfinement et de la contrainte radiale R dans le cas d'un tunnel non soutenu

Figure 1.46. Exemple de coubes de convergence et de confinement

Figure 11.3. Géologie lœale de tunnel T4 Figure 11.5. Cintre HEB 200 (photo sur site)

Figure 111.1. Coupe longitudinale de la partie de calcul Figure 111.2. Présentation des différentes dimensions

Figure 1113. Le profilé HE8200 (dimensions en cm)

Figure m.4. Soutènement provisoire

Figure IV.l. Modèle maillé sous p]axis pour chaque type de tunnel

Figure IV.2. Déplacements totale des tunnels pour chaque types de tunnels

Figure lv.3. Déplacements des tunnels en fonction de la dïstance entre les deux tubes .,... 88

Figure IV.4. Déplacement de la calotte pour chaque types de tunnels

Fîgure IV.5. Déplacements dans la calotte en fonction de la distance entre les deux tubes ... 90

Figure IV.6. Déplacements des stross pour chaque types de tunnels

Figure IV.7. Déplacements au niveau des stross en fonction de la distance entre les deux tubes ... 92

Figure IV.8. Déplacements du radier pour chaque types de tunnels

Figure IV.9. Déplacements au niveau du radier en fonction de la distance entre les deux tubes ... 94

Figure IV.10. Tassement du sol a une hauteu de 7 m au-dessus de tunnels

Figure IV.l 1. Tassement du sol a une hauteu de 10 m au-dessus de tunnels

Figure IV.12.Tassement du sol a une hauteur H = 20 m au-dessus de tunnel

Figure IV.13. Tassement du sol a une hauteur H = 50 m au-dessus de tunnel

Figure IV.14. Tassement du sol a une hauteu H = 98 m au-dessus de tunnel

Figure IV.15. Analyse du tassement du sol dans une mame compacte

1 1 1 1 1 1

[

[

'

1 1 1 1 1 1 1 1

I

Figure IV.17. Shear force (effort tranchant)

1

1

[

1

1

1

[

1

1

[

1

1

1

1

1

I

1

1

1

I

Liste des tableaux

Tableau 1.1 Coefficient de réduction Œ

Tableau 1.2 Coefficient de résistance « f »

Tableau 1.3 Coefficient de résistance n en fonction de q.

Tableau 111.1 Les contraintes aux niveaux de tunnel

Tableau 111.2 Rapport (fyl) et les coefficients correspondants

Tableau 111.3 Caractéristique de béton projeté

Tableaux IV.l Paramètres mécaniques utilisés lors de la modélisation

Tableaux IV.2 Les données géotechniques de chaque couche

38 39 45 74 76 81 85 85

Tableau IV.3 Valeurs de tassement de sol a une hauteur de 7 m au-dessus du tunnel ... 95

Tableau IV.4 Valeurs de tassement de sol a une hauteur de 10 m audessus du tunnel ... 98

Tableau IV.5.Valeurs de tassement de sol a une hauteur de 20 m au-dessus du tunnel ... 99

Tableau IV.6.Valeurs de tassement de sol a une hauteur de 50 m au-dessus du tunnel ... 100

1

1

I

I

I

I

1

1

1

I

I

I

I

1 1 1 1

I

Introduction

Générale

1

I

I

I

1

1

I

1

1

I

I

1

1

I

I

1

1

I

I

I

La construction et l'utilisation des tunnels peuvent être considérées comme l'une des caractéristiques les plus importantes de la civilisation dans les pays développés. En raison du développement des sciences et des techniques d'ingénierie, de grandes profondeurs de tunnels et de mines peuvent être atteintes. La profondeur de 1200 mètres a été déjà atteinte en Amérique et en Russie. En Afiique du Sud, ce chiffre a été augmenté à 2500 mètres sous terre.

La réalisation des tunnels est un procédé complexe générant de nombreux évènements dans le sol. Au fur et à mesure de l'avancement du tunnel, la mise en place d'une structure rigide pemet de limiter les mouvements dans le massif et en surface. Ces mouvements peuvent être très importants si le ftont de taille n'est pas suffisamment stable ou si le tunnel a une forte interaction avec des ouvrages existants. Le comportement mécanique de ces ouvrages résulte de I'interaction entre la structure et le sol, qui collaborent pour reprendre les charges. Leur analyse fait donc appel à l'ingénierie des structures et à la mécanique des sols, deux domaines du génie civil séparés historiquement qui ont des approches parfois diffërentes. Tous les procédés de conception, de réalisation et de soutènement demandent une analyse très profonde et sophistiquée. La géologie du terrain, la forme des ouveriures du tunnel, le rayon et l'angle d'inclinaison, la distance horizontale et verticale qu'elle sépare deux tunnels ou plus, le rapport entre la charge horizontale et la charge verticale, sont quelques-uns des facteurs qui influent sur la stabilité, l'interaction et la distribution des contraintes autour des tunnels, en particulier les tunnels adjacents.

Dans le cas d'un forage de doubles tunnels le problème rencontré par l'ingénieur de conception dans les phases du traitement et de réalisation est celui-là distance horizontale entre les deux tunnels et l'interaction due a la taille du sol qu'il sépare. Pour certaines configurations, l'interaction entre les tunnels peut avoir des conséquences impoiiantes sur la stabilité du tumel et le tassement du sol. Par conséquent, il est très important d'éviter ou d'éliminer les effets dus à l'interaction possible entre les tunnels au cours de la phase de conception, afin de maintenir un fonctionnement stable des deux cavités adjacentes.

Les outils d'analyse disponibles aujourd'hui, en particulier la méthode des éléments finis, permettent de produire de façon satisfaisante le comportement global des tunnels adjacents avec la prise en compte de I'effet d'interaction et l'effet de la variation de l'entre axes horizontaux sur les forces intemes dans le tunnel et les contraintes intemes dans le sol.

I

I

I

I

I

I

1

1

I

I

I

I

I

I

I

I

I

1

Introduction générale

Notre travail vise en premier lieu à mieux comprendre le comportement des tunnels peu profond et à évaluer l'influence des paramètres principaux, tels que la géologie du terrain, le rayon de tunnel et la profondeur d'excavation.

Le but est aussi d'analyser l'interaction entre deux tunnels parallèles du tunnel djebel el kantour avec la prise en compte de la variation de la distance entre les deux tunnels dans le but de donner des recommandations pour limiter les conséquences sur la défomation du sol et sur les structures avoisinantes d'une part et donner les limitations de la modélisation bidirectionnelle d'autre part.

Pour atteindre cet objectif, on opte le plan de travail suivant qui contient deux partie :

> Première Partie : Une étude bibliographique su les ouvrages souterrains, consacre essentiellement sur des généralités sur les tunnels qui contiennent la classification, les différentes techniques de creusement et de soutènements ainsi que les différentes méthodes d'évaluation des charges agissantes sur les tunnels.

> Deuxième partie : Une étude expérimentale et analyse numérique d'une partie de tunnel bitubes de l 'autoroute Est-ouest, en utilisant la méthode de Terzaghi pour l 'évaluation des charges agissantes sur ]e tunnel, et le logiciel Plaxis pour la modélisation de la section considérée, avec la prise en compte de la variation de la distance entre les deux tubes de tunnel étudié suivant d'une analyse et interprétation de l'interaction entre les deux tubes parallèles qui sont creusés par la même méthode, excavés en même temps et avancés de la même vitesse.

1

I

I

1

1

I

1

1

1

I

I

I

1

1

1

I

I

1

1

I

CHAPITRE I

Généralité

1

I

1

1

1

I

1

1

1

1

I

1

1

1

I

1

1

1

Chpitre 1

Générali.é

I.1.Inti.oduction

Le recours à la solution tunnel est déteminé par le choix d'un tracé, l'optimisation d'un parcours ou la nécessité de préserver le site en surface. Le tunnel est défini à partir de différentes données concemant l'itinéraire sur lequel il est situé et son site propre d'implantation, ainsi que des choix de génie civil et d'équipements qui en résultent. Les équipements d'exploitation peuvent constituer une part importante de l'aspect visuel du

tunnel.

11 est nécessaire de porter très tôt une attention particulière aux études des tunnels, car leur prise en compte dans le projet d'ensemble peut influer largement sur les choix des méthodes d'exécution et de conception ainsi que le tracé du projet. Le concepteur des tunnels doit être associé très en amont aux études, qui sont basées sur les conditions géologiques, géotechnique et hydrogéologique du terrain.

Les procédés de construction sont très nombreux, les techniques de mise en oeuvre sont de plus en plus évoluées et le matériel utilisé a connu une évolution considérable. De plus, la mécanisation des opérations a eu pour première conséquence d'assurer la stabilité de l'ouvrage et réduire considérablement les délais d'exécution tout en assurant une plus grande sécurité des biens et des personnes travaillant sur le chantier.

1.2. Définition d'un tunnel

« Tunnel » vient du mot « tonnelle » évoquant la fome du tonneau. 11 désigne un passage soutenain. On considère souvent qu'un tunnel doit être au moins deux fois plus grand qu'il n'est large pour mériter cette désignation. 11 doit en outre être femé de tous les côtés, excepté à chacune de ses extrémités, ce qui le différencie d'un passage en tranchée.

Un tunnel peut être utilisé pour pemettre le passage de personnes ®iétons, cyclistes, trafic routier, trafic ferroviaire, canal). D'autres tunnels ont fonction d'aqueducs, construits uniquement pour transporter de l'eau destinée à la consommation, à l'acheminement des eaux usées ou à l'alimentation de barrages hydroélectriques alors que d'autres encore sont creusés pour acheminer des câbles de télécommunication, de l'électricité, des hydrocarbures, etc. [1] 1. 3. Classification des tunnels

Les ouvrages souterrains ont des caractéristiques spécifiques dues de leur fonctionnement et destination, de l'environnement et du Milieu de construction, des méthodes et des techniques du creusement.

1

1

1

1

1

[

[

1

1

1

1

1

I

1

1

1

1

I

I

I

Du point de vue technique, la bibliographie existante classe les tunnels selon plusieurs crïtères, et foumit une classification globale des ouvrages souterrains selon cinq crïtères, selon le positionnement du tunnel par rapport à la surface du terrain, le fonctionnement de l'ouvrage, la fome de la section, la topographie adjacente et selon les emplacements, dont le

tunnel relie.

1.3.1. Classir]cation des tunnels se]on ]eurs profondeurs On distingue trois types des tunnels :

1.3.1.1. Tunnel à ciel ouvert

Considérés que les tunnels superficiels sont caractérisés par le rapport (H<2B). H est la profondeur de l'axe du tunnel.

8 est la largeur du tunnel.[21] 1. 3.1.2. Tunnel à faible profondeur

Les tunnels situés à faible profondeur sont caractérisés par un rapport (H/B<10). H est la profondeur du terrain de recouvrement.

8 est la largeur du tunnel.[27] 1.3.1.3. Tunnel profond

Un tunnel est dit profond si son diamètre (ou diamètre équivalent dans le cas où la section n'est pas circulaire) est petit devant la profondeur de son axe, autrement dit si fz/B> /0 où H est la profondeur de l'axe du tunnel et 8 son diamètre.

Cela revient à dire que la variation de contrainte verticale initiale entre les parties supérieures et inférieures de la section du tunnel (avant excavation) est négligeable devant la contrainte initiale verticale due au poids des terres à la profondeur moyenne du tunnel (profondeur de

l'axe). [3]

1.3.2. Classirication des tunnels selon leur fonctionnement On peut distinguer plusieurs types de tunnels :

1.3.2.1. Les tunnels de communication parmi lesquels • les tunnels ferroviaires.

• Lestunnels routiers. • Les tunnels de navigation

1

1

1

1

1

[

1

1

1

1

1

I

1

1

1

I

1

1

GéotechDique 2016

Page 3

1 1

[

1 1 1 1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

13.2.3. I,es tunDels et cavités de stockage • Stockages liquides ou gazeux. • Garages et parkings.

• Dépôts. [4]

Figure l.5:Galerie de stockag

1.33. C]assir]cation selon la forme de ]a section

Selon le but assigné au tunnel, la nature du temin encaissant i • La fome parabolique pleine ou tronquée.

• Courbe quelconque à plusieurs centres. • Rectangulaire.

• Complexe.

• La forme circulaire pleine ou tronquée. • La fome elliptique pleine ou tronquée. 1.4. Les prob]èmes d'exécution d'un tunne]

La construction en souterrain, particulièrement dans le cas d risques spécifiques pendmt tous les stades du projet et en p son exploitation et après son abandon. En raison des incerti du terrain à l'effet du creusement, sur les conditions hy potentielle de l'eau souterraine, sur l'efficacité du so géologiques, géotechniques ou géomécaniques.

existe :

s tunnels urbains engendre des iculier durant sa construction, des inévitables, sur la réponse [ologiques liées à la présence tènement et autne incertitude

1

I

I

I

1

1

1

1

1

1

I

1

1

1

1

I

I

1

Chapitre 1 Généra[ité

Les risques principaux rencontrés dans la construction et l'exploitation des tunnels ont

plusieurs origïnes :

1. Risques géotechniques et géologiques : ces risques sont liés à l'insuffisance des informations obtenues à travers la campagne de reconnaissance, à la capacité de prévoir la réponse du terrain à l'action de creusement.

2. Risques hydrologiques : les risques hydrologiques sont associés à l'insuffisance des

infomations recueillies en ce qui conceme l'hydrologie souteiTaine dans la zone du projet. 3. Risques d'étude : liés surtout à la difficulté du projet à s'adapter aux conditions géomécaniques rencontrées réellement, aux défauts de construction, à l'expérience du bureau d'étude ainsi qu'aux contraintes contractuelles.

4. Risques de construction ou de creusement : liés au choix de la méthode de construction non appropriée ou mal maîtrisée, aux phénomènes d'instabilité, à l'expérience de l'équipe du constructeur et aux contraintes contractuelles.

5. Risque opérationnel lié aux défauts de fonctionnement et aux accidents.

6. Risque financier, lié aiix contraintes sociales et politiques, à la non-acceptation des responsabilités, aux contentieux et à la sécurité. [5]

I.5.l.Condition d'une bonne étude

Une reconnaissance de tunnel bien conduite doit obéir aux règles suivantes :

• Les géologues et géotechniciens chargés de l'étude doivent avoir l'expérience des travaux souterrains et iine bonne connaissance de la géologie et de l'hydrogéologie de la région étudiée ; cette règle conduit dans la plupart des cas à faire intervenir, sur un même projet, des géologues ayant une bonne connaissance de la géologie régionale et des spécialistes de diverses disciplines : hydrogéologues, tectoniciens, géophysiciens, mécaniciens des

sols ou des roches...etc.

• Ils doivent être parfaitement informés par le maître d'œuvre du "Programme" et ainsi avoir connaissance de toutes les contraintes liées au projet : sujétions à imposer au tracé, marges d'implantation des têtes, environnement, présence ou projet de construction ou d'ouvrage à proximité.etc.

• Ils doivent également être en étroite relation avec les ingénieurs en charge du projet de manière à assurer une très bonne adéquation entre les reconnaissances effectuées et les

I

I

I

1

1

1

I

1

1

I

1

1

I

I

I

1 1

I

I

I

besoins des ingénieurs pour la conception de l'ouvrage : géométrie, choix des méthodes, dimensionnement du soutènement et du revêtement...etc...

• Des délais suffisants doivent être réservés par le maître d'œuvre à chaque phase de la procédure, de manière à ce que les reconnaissances nécessaires à chaque phase puissent être réalisées en totalité.11 faut souligner que, dans certains cas, ces délais peuvent être très longs comme pour une galerie de reconnaissance, par exemple. [6|

I.5.2.Reconnaissances géologiques, hydrogéologiques et géotechniques l.5.2.1.Reconnaissances géologique

l.5.2.l.l.Objectifs

Les reconnaissances et études géologiques doivent donner au concepteur du tunnel les éléments suivants :

> Géologie régionale, histoire géologique et tectonique du massif > Structure du massif

> Inventaire et localisation des accidents (failles, zones fracturées, zones broyées,_ .) > Description des terrains rencontrés selon leur nature pétrographique et minéralogique,

selon leur qualité, selon leurs discontinuités

l.5.2.1.2Moyens de reconnaissances géologiques :

Ces moyens sont nombreux, ils ne sont pas exclusifs aux reconnaissances géologiques pour l 'étude d'un ouvrage souterrain :

a) Inventaire des données géo]ogiques existantes :

11 est indispensable de réunir la quasi-totalité des données et documents existants sur le massif étudié, leur liste est généralement la suivante :

> Carte géologique > Photographie aérienne

> Document climatique et météorologique

> Archives de construction d'ouvrages souterrains dans des conditions analogues ou situes à proximité

> Relevé de cavités souterraines

1

1

I

1

1

I

1

1

1

I

I

I

1

1

1

I

I

I

Chapitre 1 Généralité

b) Levé géologique de surface

Le géologue doit l'effectuer avec le plus grand soin. Ceci pemet souvent d'éviter des travaux d'investigation coûteux et permet une interprétation optimum des résultats de ces investigations .l'étendue de la zone à lever dépend de la complexité de l'environnement géologique de l'ouvrage.

Le levé géologique doit comporter : > Le levé des affleurements

> Inventaires des éléments concemant la tectonique (plissement, failles)

> L'étude des discontinuités (stratification, fissures ,... ) avec orientation réparties sur un diagramme

c) Géophysique

Les prospections géophysiques sont un complément habituel du levé géologique. Le résultat ne peut être qu'une image globale sur la prévision de l'épaisseur des zones altérées, la structure du massif, l'appréciation de la qualité du rocher en profondeur, Ia détermination et la géométrie d'un accident,

Les méthodes les plus couramment employées dans le cadre du projet d'ouvrage souterrain sont la sismique réfraction et la résistivité électrique. Des applications de ces méthodes sont utilisées en sondage.

d) Té[édétectîon

Son but est la recherche, d'une manière générale, de toutes les infomations de caractères structuraux te]s que failles anciennes ou actives, anomalies mécaniques, cavités souterraines naturel les, etc.

Les informations provenant de l'interprétation d'un levé infrarouge themique sont regroupées sur un document cartographique dont l'échelle est fonction de l'ouvrage conceme, mais aussi de la nature des accidents repères.

e) Sondages

Les renseignements tires des sondages (en particulier des sondages carottes) sont de plus en plus précieux, car ils permettent de voir la roche et de prélever des échantillons. Mais ils ne foumissent que des infomations ponctuelles qui sont en général insuffisantes. En effet le nombre de sondages est forcément limite vu leur cout élevé, surtout lorsque la couverture

étroite avec le levé géologique et les prospections géophysiques. lls restent utilises seuls quand on ne peut effectuer ni levé de surface ni géophysiques, par exemple en zone très urbanisée.

Dans le cas le plus fféquent, les résultats des sondages doivent permettre, avec un maximum d'efficacité, la confimation des hypothèses concemant la structure du massif faites à partir du levé de surface de l'étalonnage de la géophysique.De plus, les sondages pemettent de prélever des échantillons aux fins d'essais de laboratoire et d'effectuer un certain nombre d'essais in situ (diagraphies, mesures de peméabilités in situ, etc.).[7]

I.5.2.2.Recon naissances ltyd rogéologiq ues l.5.2.2.l.ObjectÉfs

Les reconnaissances et études hydrogéologiques doivent être effectuées en même temps que les reconnaissances et études géologiques et elles ont pour but de déteminer :

> Les informations aquifères et les terrains impeméables

> Le régime hydraulique (nappes, cii.culations souterraines, etc.) > La peméabilité des terrains

> Les réseaux karstiques éventuels Ces renseignements pemettent de définir :

> La nature des venues d'eau possibles le long de la trace

> Leur charge, leur débit, la composition chimique et minéralogique des eaux (choix des

ciments, etc.)

> Les traitements envisageables (rabattement, drainage, étanchement, etc.) I.5.2.2.2.Moyens de reconnaÉssances hydrogéo]ogiques :

a) Inventaires des données existantes

> Documents et études donnant des indications sur les nappes et les caractéristiques hydrauliques des terrains dans la zone concemée (sondages an.érieurs, pompages, etc.) > Documents climatiques et météorologiques

> Archives de constructions et météorologiques

1

I

[

1 1

I

1 1 1 1

I

1

1

I

1

1

1

I

Chapitre 1 Généralité

> Archives de construction d'ouvrages souterrains dans les conditions analogues ou situes à proximité, puits de pompage en site urbain, etc.

b) Levé bydrogéologique de surface

11 est effectué en même temps que le levé géologique et peut comprendre : > Le relevé des sources, puits ,...

> Le relevé des zones d'infiltration

> Les mesures de débit des sources et puits (à répéter pour pouvoir prendre en compte les variations saisonnières)

Les synthèses des levés géologiques et hydrogéologiques figurent généralement sur le même document.

c) Géophysique

La méthode de résistivité électrique peut servir pour la recherche des nappes, pour la recherche de la profondeur et de la continuité d'un horizon étanche (argileux ou mameux) sous une fori'nation perméable (calcaire ou gréseuse par cxemple).l' interprétation des données électriques est délicate .elles doivent être étalonnées par sondages.

d) Sondages

Les sondages, quel que soit leur type, vont pemettre d'effectuer des observations et des

mesures in situ très utiles à la compréhension de I'environnement hydrogéologique de l'ouvrage projeté .il s'agit principalement :

> D'observation pendant l'exécution du sondage comme peiies partielles ou totales du fluide de forage, venues d'eau dans le forage, traces de circulation d'eau repérées sur les

carottes,...

> De la pose de piézomètres pour préciser les niveaux de la ou des nappes, leur indépendance éventuelle, la réaction aux agents atmosphériques.

> D'essais in situ pour quantifier les caractéristiques des terrains (peméabilité) et de la

nappe (extension, coefficient d'emmagasinement, transmissivité ,... ). [7]

1

1

[

[

I

[

1

1

1

[

1 1 1 1 1

I

I

1 1

I

I.5.2.3.Reconnaissances géotechniques : I.5.2.3.1.Objectifs

Les reconnaissances et études géotechniques complètent celles réalisées par la géologie et I'hydrogéologie. Elles doivent pemettre de préciser la description des terrains traversés, Ieur état de contraintes in situ et de prévoir leur comportement pendant l'exécution puis l'exploitation de I'ouvrage, enfin de définir les méthodes d'exécution, le dimensionnement des ouvrages, les précautions particulières et /ou les traitements spéciaux à envisager pendant la construction.

I.5.2.3.2.Moyens de reconnaissances géotechniques : a) InventaÉres des données existantes

> Document et études donnant des indications sur les caractéristiques mécaniques des sols ei des roches dans des conditions analogues

> Archives de construction d'ouvrages souterrains situes à proximité ou dans des massifs

similaires

b) Géophysique

Les modules dynamiques sont reliés aux vitesses sismiques des ondes longitudinales et transversales. Ils peuvent être déteminés par des essais sismiques simples à l'échelle de ]a dizaine de mètres par les méthodes «cross-hole », « down-hole »et « up-hole »entre deux forages.

La méthode « cross-hole »permet de mesurer, entre deux points situés a la même cote dans deux forages, les vitesses des ondes longitudinales et transversales et ceci sur toute la profondeur des forages. On détemine ainsi les modules dynamiques et le coefficient de poisson suivant la direction verticale.

Les méthodes « down-hole » et « up-hole »permettent de mesurer entre deux forages ses mêmes vitesses avec des trajets proches de la verticale. Le « down-hole »est caractérisé par un sens émission-réception de haut en bas. On détermine alors les modules dynamiques et le coefficient de poisson suivant la direction verticale.

La petite sismique, méthodes particulières, mise au point par B.SCHNEIDER, est généralement effectuée dans les galeries de reconnaissances.

I

1 1 1 1 1

[

[

1 1 1 1 1

1

1

1

1

I

Chapitre 1 Généralité c) Sondages

lls vont pemettre des mesures in situ et, éventuellement, des prélèvements d'échantillons (cas des sondages carotte) pour des essais de laboratoire.

Les principaux essais et mesures in situ sont :

• Les diagraphies en forage : elles donnent des infomations sur les paramètres physiques

des terrains

Le principal intérêt des diagraphies est d'effectuer de nombreuses corrélations, par exemple pour localiser des accidents particuliers ou préciser le détail de structures, a des prix bas (cout relativement peu élevé des sondages destructifs et des diagraphies et rapidité d'exécution des uns et autres)

• L'essai de pénétration statique peut donner des informations utilisables dans le cas d'un tunnel fore dans un sol ou une roche meuble et sous faible couverture et pour le dimensionnement des ouvrages de tête situes dans des sols.

d) Essais de ]aboratoire

On se bomera à citer les essais les plus utilisés dans le cadre des reconnaissances des ouvrages souterrains.

Sols : Essais d'identification : masse volumique, teneur en eau naturelle, indices des vides, limites d'Atterberg, granulométrie et sédimentométrie, minéralogie. Pour déterminer les caractéristiques mécaniques des sols et calculer la déformation de la surface :

essai de cisaillement à la boite, essai triaxial, essai oedométrique, essai de gonflement, essai de compression simple, etc.

Roche : Densité sèche, porosité, teneur en eau naturelle, vitesse du son, essais de compression simple, mesures du module d'Young et du coefficient de poisson, essai Franklin et brésilien pour la détei.mination des caractéristiques mécaniques de la roche, Essai de cisaillement à la boite pour la détermination des caractéristiques de joints, Esgai triaxial, oedométrique, essai de gonflement, essai d'altérabilité, analyses minéralogiques pour les roches tendres et susceptibles d'évoluer rapidement (mames, anhydrites, etc.) ,Essais particuliers (abrasivité,

forabilité, etc...) nécessaires à l'étude d'emploi de machines à forer.11 faut retenir que la

validité des résultats de tous ces essais est liée à la qualité des échantillons prélevés et à leur représentativité. Les spécifications techniques concemant ces prélèvements doivent donc être clairement définies dès le début des reconnaissances.[8]

[

[

[

[

I

[

[

1 1 1 1 1 1 1 1

I

1

1

1

1

e) Ga[erie de reconnaissance

Véritablepréfigurationdel'ouvragefinalunegaleriederecflnnrissancepemetd'évaluerau mieux les difficultés de réalisation de l'ouvrage projeté.

Une telle galerie permet entre autres :

• L'observation visuene du terrain et l'établissement d'u r¢levé géologique détaillé.

• Observation des conditions hydrogéologiques, en particulier le t)pe de venues d'eau ®onctuelles ou diffiises), la mesure des débits en fonctipn de l'avancement du ffont de

îJ,nexdéecj::::e:e:oemn:edsud:;:Ît§::

taille et des conditions météorologiques, il est possible

galerie qui permettront d'effectuer des mesures de peméabilité, de pression et de débit. > Les essais et mesures géotechniques in situ ,,

> Les mesues de déformations

> Les prélèvements d'échantillons pour essais de laboratoire

Figure 1.6 : Exemples de galerie de reconnaissance

La galerie de reconriaissance pemet ainsi d'obtenir toutes ]es données géologiques, hydrogéologiques et géotechniques nécessaires à l'établissAment d'un projet d`exécution

détaillé. [8]

I.6. Creusement et réaüsation des tunnels ,

La simulation d'un ouvrage souterrain est liée étroitement 1[ la méthode d'excavation st la réponse du massif, la connaissance de ses techniques de construction est importante pour arriver à des phasages de modélisation satisfaisante. i

I

I

1 1 1

I

I

1

1

1

1

I

I

I

1

1

I

1

Chapitre 1 Généra]ité I.6.l.Processus de cl)oix A. Première phase

Le choix résulte, en première phase, d'un compromis entre les exigences : > du terrain encaissant,

> du site et de l'environnement, > de la géométrie,

> du procédé de construction lui-même.

Le processus de raisonnement qui en résulte, procédant par approximations successives, doit aboutir, à chaque stade, à une appréciation du bilan économique d'ensemble de

l'investissement (y compris accès, expropriations, bilan de l'usager, etc.).

Cette démarche, plus ou moins détaillée selon la complexité du projet étudié, aboutit à 2 ou 3

variantes techniques possibles.

8. Deuxième pl]ase :

La règle est alors en priorité l'étude de ceux, parmi ces 2 ou 3 procédés de construction, qui assurent le mieux possible et dans un ordre décroissant d'importance :

> La sécurité de l'ouvrage, pendant et après sa construction;

> Une unifomité de méthode sur toute la longueur de l'ouvrage (car les changements nécessitant l'amenée de nouveaux matériels sont toujours [ongs et coûteux).

> la souplesse d'emploi (de façon à s'adapter aux difficultés souvent imprévisibles); > Ia limitation des nuisances engendrées sur l'environnement en site urbain notamment. C. Troisième pl)ase :

Ultérieurement, lors de la consultation des entreprises et du choix définitif, interviennent de nouveaux critères ]iés à la conjoncture, à la technicité propre des entreprises, à l'économie du projet, etc.

> Conjoncture économique générale et importance du lot de travaux proposés.

> Niveau technique des entreprises concurrentes (personnels spécialisés, matériels

disponibles, expérience acquise...).

> Insertion du délai global du chantier de tunnel dans le plaming général d'exécution. > Coût de la solution et aléas correspondants.

I

I

1 1 1

I

[

[

I

I

1

1

I

1

1

I

1

1

1

I

En matière de travaux souterrains, la procédure de consultation doit conserver une cenaine souplesse, [a solution proposée par le maître d'œuvre étant

:#ïr::eànt

la seule possible. 11 est

souhaitable dans certains cas, d'autoriser les soumissionn#ires à présenter des variantes d'exécution utilisant des méthodes particulières dont ils ont l'expérience ou des matériels déteminés en leur possession. Afin d'assurer une certaipe homogénéité technique des

différentes propositions, il est en général nécessaire pour le maître d'œuvre de limiter dans le

dossier de consultation, le champ de variation possible des camctéristiques de l'ouvrage dont ur des raisons administratives ises et finalement l'économie

:#r:

certaines ont été fixées ne variant pas dès l'origine du proj ou techniques. C'est ainsi que la qulité des oflïes des en

finale de l'ouvrage, le respect de la sécurité et des délais d'exécution sont diœctement fonction delaqualitédesémdesfoumiespæl'adminisdæion,etduïélailaisséauxentæprisespour établir leu proposition. [9| '

I.6.2.Métliodes de creusemeDts

On distingue trois méthodes de creusement : , 1 Creusement à pleine section.

: :=:Ï:::: :nüsdjt:;:Sdeî:ÎÎs°:.. (

A. Méthode de creusement à pleine section :

Cette méthode de creusement consiste à excaver la totalité de en une seule phase. Elle est couramment utilisée pour la plup

m

ection transversale qu tunnel

des t`mnels creusés dans des roches de bonne ou d'assez bonne tenue, lorsque leu section n'est pas trop importante, pour

:=ü:Uevne=sPs:eïeJ::sbe°n:s:ted:vaî::îtnee±amïmu:tïonûc±rue:::.Dms)ecæœmaire,la

Figurel.7:Creusementàpleinestütion

8. Méthode de creusement par demi-section :

L"e,ms:tî:°:::nfi;Î:eeàd:;,::tï::.ïashua::e::e:eîèc::h:xqi'vast::::S;;îti°î:ffl::ripn:eu:red,de:

jusqu'à 5 ou 6 m.la deuxième phase, consiste excaver la demi-section infërieure appelée Stross. 1

Figure 1.8 : Creusement de demi-section C. Méthode de creusement en section divisée : ii

Cette méthode est utilisée lorsque la section à excaver est importante, elle ne se justifie que s' il n'est pas possible d'utiliser une autre méthode. Avec un cftusement en sections devisées, chaque phase de travaux comprend l'excavation des temins !Lr des sections réduites. Par la même, la stabilité des sections excavées est plus facile à maîtriser et la décompression des terrains sous-jacents est plus limitée. [7]

Figup 1.9 : Creusement de la section ¢ivisée l.63.Techniques de creusemeiit des tunne]s : ''

Le choix de la technique et des machines de creusement dépend de la nature du terrain rencontré sur site, on peut distinguer deux types de terrain : |i

•S. Creusement dans les terrains meubles.

1

I

1

1

1

1

[

1

I

1

1

1

I

1

1

I

I

1

1

I

«:. Creusement dans les terrains dus.

I.6.3.l,Exécution du creusement dans les terrains meub]e

Pami ]es différentes machines, on peut citer :

• LeBouclier:

Figure 1.10 : Fonctionnement d'un d

I.6.3.2.Exécution du creusement dans les terrains dup

Pou les terrains durs ou les roches, on peut avoir deux types •:. Creusement mécanique.

«:. Creusement à l'explosif.

On peut citer deux principales machines à forer :

I

I

I

[

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

b) Machines à attaque globa]e |

Les tunneliers ou TBM (Tunnel Boring Machines) sont de! machines qui procèdent à une

::;caîvs::,n°:umpéî:::::,eaàmps,,e;:ee::::îa°pnàt::np:îtsosuï::;:Ve:j[:ee=jn°sur:::î::,Œ,;:Î:o:tc:ue::

]ï

d'atouts qui font l'objet d'amélioration continuelle. Chaque pou un tunnel précis, mais qui peut être réutilisé sur fabrication et de fonctionnement élevé le rend compétitif po galeries dans des horizons géologiques assez homogènes.(12]

achine est un prototype, conçu autre chmtier. Son coût de les gros projets ou les longues

1

1

1

1

1

1

1

[

1

1

1

1

1 1 1

I

1 1

1

1

riïïLïïLÏLLïïïïïÏïïïïïïïï

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

1

1

Chapitre 1 Généralité

> Le soutènement agissant à [a fois par confinement et comme armatures :

11 s'agit du boulonnage sous ses diverses fomes, qu'il soit ou non associé au béton projeté, aux cintres légers, il y a principalement deux modes : Boulons à ancrage ponctuel, et boulons à ancrage réparti (scellés à la résine ou au mortier).

> Le soutènement sgissant comme supports :

C'est le soutènement seul qui doit résister aux difïërents efforts, dans le cas où le terrain a des caractéristiques géo mécaniques faibles.

Les composantes de soutènement sont comme suit: • Cintres (lourds ou légers).

• P]aques méta]ljques assemblées.

• Voussoirs en béton.

• Tubes perforés (voûte parapluie).

> Les soutènements agissant par conso]idation :

Dans ce cas il s'agit de modifier les caractéristiques géotechniques du terrain afin de lui permettre de se stabiliser par lui-même. Ils rentrent dans le cadre des traitements des terrains, ce sont essentiellement : • l'injection. • La congélation. • Ledrainage. • L'aircomprimé. [11] 1.7.1.2. Rôle de soutènement

Le rôle du soutènement est permettre I'établissement de cet état d'équilibre dans de bonnes conditions, en limitant l'extension du volume de terrain décomprimé autour de la cavité. Le creusement d'une galerie nécessite généralement la mise en place d'un soutènement d'importance variable selon la nature du terrain, la dimension de l'excavation et la méthode utilisée. Celui-ci peut être inexistant dans les cas les plus favorables (galerie forée dans une roche résistante homogène et peu fracturée) ou aller jusqu'à l'exécution d'un pré soutènement en avant du front de taille, voire jusqu'à l'utilisation d'un bouclier à front pressurisé en très mauvais terrain.

1

1

1

1

1

[

I

[

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Le soutènement a pour but :

• De garantir la sécurité du personnel travaillant dans la galerie,

• D'assurer la stabilité des parois de celle-ci dès la phase d'abattage du terrain et, si nécessaire, d'en limiter les déformations,

• De protéger le terrain dans le cas où celui-ci est susceptible de subir une évolution défavorable (altération, déconsolidation, etc.), après ouverture, conduisant à une diminutio n inacceptable de ses caractéristiques. [15]

1.7.1.3. Les différents types de soutènement l.7.l.3.1.Soutènement métallique

Le premier type de soutènement employé dans les souterrains est le soutènement métamque qui comprend plusieurs catégories.

On va citer quelques catégories : A) Soutènement par boulonnage A.1) Les boulons à ancrage ponctue[

Ils comportent une tige qui est tendue entre l'ancrage en fond de trou et la tête bloquée en parement. L'ancrage est couramment un ancrage a expansion constitué de deux demi-coquilles qui se bloquent au terrain en s'écartent.Ia mise en tension du boulon est obtenue par serrage de l'écrou de tête .pour procéder a une bonne mise en tension ,l'avantage majeur de ce type de bouJon est sa mise en œuvre rapide et son efricacité immédiate.il applique à la paroi une pression de confinement radiale d'intensité connue, si bien que son m ode de dimensionnement est relativement aisé. [8]

.-,-:~jrïÈ=;'cJ.r":,:`

-,.-_z ,,, -,,,,. -' _-= Ç-n('`Wq `i.,-,- =,j .,,, J''.:.J .,., J.,L çr''., ,nu ® ~,

.. , " . i

'` '.'®.l,J`. ' O' '.u

Figure 1.15 : Boulon à ancrage ponctuel

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

Chapitre 1 Généralité

L'ancrage en fond de forage peut être de trois types : 1. Fente et coin

L'extrémité de la tige est fendue sur une longueur de 150 mm environ. Dans la fente est inséré un coin en acier de 130 mm de longueur. Cet assemblage est placé au fond du forage et le coin est rentré dans la fente en frappant à l'autre extrémité à l'aide d'un marteau pneumatique.

Ë=

_{Li.J_.}

Figure 1.16 : Boulon à fente et coin 2. Coquille d'expansion

L'ancrage est obtenu grâce à la sollicitation d'une noix centrale en fome de coin qui écarte deux demi-coquilles et les bloque contre la paroi du trou. Cette sollicitation provient d'une traction mécanique que l'on applique en vissant l'écrou placé en tête du boulon. L'efficacité de ce système va dépendre de la force qui est appliquée pour le serrage et une tension minimale à mettre en œuvre va donc en découler.

Figure 1.17 : Boulon à coquille d'expansion 3. Sce[[é à la résine

Un scellement à la résine de la tige sur une longueur suffisante, environ 50 cm, peut assurer un ancrage satisfaisant au fond du forage. Ii faut pour assurer une bonne adhérence avec le scellement que la surface de la tige présente une certaine rugosité. Cette condition peut être remplie grâce à un filetage ou des nervures. Ce procédé d'ancrage permet de réaliser des économies substantielles par rapport aux boulons à coquille expansive. [16]

A.2) Les boulons à sce]Lement réparti

Comportent une barre nervurée (acier a haute adhérence) scellée sur toute sa longueur dans le forage. il existe aussi des boulons en fibre de verre pour assurer ,par exemple la stabilité d'un fi.ont de taille ou pour toute autre zone devant ultérieurement être démolie. [8]

1

1

I

I

I

I

1

1

I

I

1

1

1

1

I

I

I

1

1

I

Figui.e 1.18 : Bou]on à scellement réparti

Suivant la nature et la mise en œuvre du produit de scellement, on distingue deux types de

bouLons a scellement reparti.

1. Scel]ement au mortier de ciment

C'est le plus ancien type de scellement utilisé. Le mortier est en général un mortier de ciment à haute résistance à prise rapide dont le retrait est le plus faible possible. 11 est injecté dans le trou de forage soit au préalable et la tige est ensuite enfoncée, soit à l'aide d'un système de boulon creux. En raison de son prix relativement modeste, le scellement par mortïer est recommandé dans les mauvais terrains fissurés où le volume perdu de scellement peut être important.

2. Scellement à ]a résine

Les résines utilisées sont des résines polyester. I,eur polymérisation est obtenue en mélangeant dans le trou d'ancrage deux composants introduits sous fome de cartouches plastiques qui seront percées lors de l'enfoncement du boulon. Ce scellement convient mieux dans les rœhes saines à faible porosité qui pemettent un diamètre de forage le plus proche

possible de celui du boulon. |16]

A.3) Le boulonmge à friction

Les boulons à friction sont des structures métamques que l'on introduit dans un trou et dont la liaison avec le terrain est assurée par le frottement entre la roche et l'acier. Deuxtypes de boulons fonctionnant selon ce principe, il s'agit des Split-set et des Swellex.

> Le Split-set est foimé d'une tôle en acier, pliée sous la fome d'un tube et qui présente une ouverture sur toLite sa longueur (diamètre : 39 ou 46 mm ;tpuver[ure : 18mm).

d.unmbemir,ceenacierquiest > La fabrication d'un swellex Œoulon expansif) démarre

aplati puis roulé de nouveau en forme de tube. Le diamèfte de ce tube est alors nettement extrémité et un trou

::i::Ï:eàu::::eb:.i:;:

infërieur à celui du tube initial. Des manchons sont soud d'injection est percé dans l'un des manchons jusqu'à

1,©01

Figure l.19 : schéma du boulon type split set Figure l.20 l!boulon types swellex

8) Le Soutènement par ciDtres métalliques

ouvent métalliques en fome

#

Les cintres peuvent être définis comme des ossatures le plu

d'arcs ou de portiques disposés dans la section trmsveriale de t'ouvrage et dont les membrures sont placées le long des parois où el]es sont calées, soit dirœtement, soit discontinues, qui ne sont pas liées de façon intangible av|terrain. Suivant le rôle qu'ils assurenL les cinti€s peuvent être des éléments :

> De protection (contre la chute des blocs isolés sans chercher à s'opposer aux défomations

d'ensemble) ; i|

> De soutènement ®our ralentir la convergence des parois) ;

}:oen:Îïsf°srocne,mc:n:ÎS::sS,'::tx:s:ec:;:::dne::£::sæd::nctîfins.:DUP°Întdewedelafaçon

• lescintresenbois;

I les cintres métalliques lourds ; , • les cintres métalliques légers.

Les cintres les plus utilisés dans les travaux souterrains sont les cintres en profilés métalliques

HEB ou TH. [13| !1

1 1

I

I

I

I

[

I

1 1

I

I

I

1

1

1

I

1

1

I

Figure 1.21 : Soutènement par cintres métalliques

Figure 122 : Cintre loud

Figtire 1.23 : Cintre légers

C) Soutènement par enf]Lage '

Les plaques barres ou rails ®lus épaisses que les plaques de b]indage) sont ici foncées dans le terrain préalablement à l'excavation de celui-ci.(7] i

Figure 1.24 : Enfilage métallique

IIIIIIIIIIIIIIIE-\ IIIIIIIIIIIIIIIE-\

V/

#',|ïme,àe"Ï,:;i§

Figurel.2#:Soutènementparenfilage Géotechnique 2016 Page 24

I

1

1 1 1 1

1

1

1

I

1

1

I

1

1

I

1

1

Chapitre 1

Génémlité

D) Soutènement par b]indage

1,

Les plaques de blindage sont mises, jointives ou non, entre les cintres e. le terrain. Elles peuvent parfois être tenues par des boulons. Elles peuvent légalement être liaisomées entre elles, les cintres ne servant qu'à leu montage et étant ensuite retii`ent après remplissage entre

1

plaques et terrain. [10]

Figure 1.26 : Soutènement par blindage

11

1.7.13.2. Soutènement en bé.on

Le soutènement peut être en béton préfabriqué ou bien Hon. Les types de soutènement utilisant le béton sont les suivants : ,

A) Béton projeté :

Le béton projeœ est constitué pg un méiange de ciment h'eau et de granulats (diamètp maximum 25 mm). Un additif accéléra.eu de prise (environii5%) peut être ajouté lorsqu'une résistance élevée initiale pour la prise est requise. h gunite présente la même composition quelebétonprojeté,maislediamètremaximaldesagrégatse#de50mm.

Le béton est projeté sur une nappe de treiiiis soudés ancffe à la paroi. il présente une flexibilité qui lui pemet de s'adapter aux déformation§ du massif rocheux sans se fiacturer. Actuellement, les nouvelles technologies ont pemiis d'utiliseJ|un système de revêtement et de soutènement plus résistant et plus flexible. L'adjonction de micro-silice et de fibres en acier (longueur moyeme 20 à 38 mm, diamètre 0.5 mm) au méluge de ciment et de gTanulats présente plusieurs avantages: ,

> l'augmentation des épaisseuis de la couche de béton ¢usqu'à 200 mm).

1

> Une meilleue protection contre l'altération.

> l'augmentation de la Tésistance et des caractéristiques de d#ormabilité du revêtement.

1 1 1 1 1 1

[

1 1 1

1

1

1

1

1

1

1

I

I

I

> l'utilisation de la nappe de treillis soudés n'étant, dans certains cas, plus nécessaire. > Le béton projeté est souvent utilisé comme revêtement temporaire pour les parois d'une

fouille ou pour les voûtes lors de la réalisation d'ouvrages souterrains (galeries,

. tunnels.).|14|

A.l. Avantages du béton projeté

> Facilité de mise en œuvre.

> Bonne adhérence aux parois. Ceci est un réel avantage par rapport aux cintres, par exemple, qui sont rarement en contact avec la paroi sur toute la circonférence.

> Rigidité croissante pendant la prise du béton A.2. Rô]es et propriétés du béton projeté :

Le béton projeté intervient essentiellement comme moyen de soutènement immédiat après l'excavation, seul ou associe à d'autres, mais il peut être également utilise comme un revêtement qui protège la roche de l'altération par l'air ou l'humidité, colmate les fissures et

cimente les blocs de roches instables. [7]

Les principaux rôle et propriétés du béton projeté sont : > Pénètre en force dans les fissures.

> Protège la roche de l'altération par l'air et l'humidité.

> Assure une bonne adhérence à la roche et une bonne résistance au cisaillement. > Mise en œuvre rapide.

> Assure une économie de main d'œuvre et de matériaux.

> La liaison roche - béton diminue la détente, la décompression, la flexion et les Contraintes de traction.

> Le béton projeté reprend les moments fléchissant. |ll|

8) Voussoirs en béton préfabriqué

Ces voussoirs peuvent être mis en place à l'abri d'un bouclier ou directement à l'avancement (en général dans le cas de grandes ouveiiures et de faible avancement). Des voussoirs particuliers (généralement en fonte) peiivent être utilisés au droit des réservations. [7]

I

1

1

1

I

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

Chapitre 1 Généra]ité

Figure 1.27 : Voussoirs en béton C) La Nouvelle Méthode Autrichienne (NMA)

La nouvelle méthode autrichieme "MA, ou NATM en anglais) s'est développée dans les

années 1960.

La nouvelle méthode autrichienne OVMA) est généralement applicable dans les zones de roches tendres, formée d'ensemble des techniques de soutènement (boulonnage, cintres et béton projeté). EIle s'est avérée efficace et permet de limiter la décompression des terrains au

voisinage de 1 'excavation.

Cette méthode est caractérisée par la mise en place d'un soutènement défomable constitué, d'une part, de boulons qui ament le terrain et d'autre part, d'une couche de béton projeté. Le but de ce soutènement est de garantir la stabilité de l'excavation en créant un anneau porteur, constitué par le terrain armé. L'excavation se fait à pleine ou à demi section et parfois en section divisée dans le but de mettre le soutènement en place rapidement.

L'un des avantages majeurs de la méthode est que le passage d'une catégorie à une autre ne nécessite pas de moyens supplémentaires, il suf.fit d'adapter la densité du soutènement, le pas d'avancement ou de modifier les phases d'excavation. [18|

C.l. Les Avantages de ]a N.A.T.M. > Mise en œuvre rapide du soutènement. > Revêtement souple et continu.

> Contrôle du comportement du terrain au cours de l'exécution > Apport d'un confinement stabilisateur.(11]