L’importance du suivi dans le dimensionnement des...

CFMS / 12 juin 2008

Suivi géotechnique

L’importance du suivi dans le dimensionnement des ouvrages

géotechniques

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Exigences croissantes

• Sécurité => éloignement de la rupture

Difficultés constantes

Limites du calcul géotechnique

Introduction

• Hétérogénéité du sol• Imprécision des modèles de calcul :

Comment gérer l’imprécision des modèles?

• Environnement => maîtrise des déformations

- signification et mesure des paramètres- validité des modèles

- en la réduisant- en l’acceptant

=> nécessité du suivi}

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1 Prévision du comportement réel des ouvrages

Nécessité du suivi géotechnique

Introduction

2 Dimensionnement interactif

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• Validation du modèle « poutre sur appuis élastiques »

Comportement réel des écrans

• Limites du modèle « poutre sur appuis élastiques »

Apport du suivi géotechnique

• Recherche d’un modèle de calcul plus général

• Limites générales des modèles de calcul

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Validation du modèle « poutre sur appuis élastiques »


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« Largeur d’interaction » représentative d’un écran ?

TerzaghiMénard / Bourdon

H

Paroi

B=

2/3H

a

B nB

D

nD

a na

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« Hauteur d’interaction » représentative d’un écran ?



a << 2/3 . H

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« Hauteur d’interaction » représentative d’un écran ?



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Valeur représentative du coefficient de réaction ?

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k # 1,2 . EM/(α.a)• Ménard / Bourdon :

k x 3• Rétro-analyses : => k # 3,6 . EM/(α.a)

a # 1,7 . [EI / (EM/α)]1/3

• Mesures inclinométriques :=> k # 2,1 . (EM/α)]4/3 / (EI)1/3



Valeur représentative du coefficient de réaction ?

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NNNN

I5

I1

Paroi Nord (e=0,82m)

Paroi Sud (e=0,65m)

Seine


Validation du modèle « poutre sur appuis élastiques »Colombes / Station d’épuration

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+24.00

M +16.50

+11.50Calcaire grossier

0.650

E = 35 MPaPl = 4 MPa

Marnes et caillasses

M+12.50

ME = 6 MPa

Pl = 2 MPaAlluvions anciennes

E = 12 MPa

+18.00

+16.50 Terrassement final

+23.60

Alluvions modernesPl = 0.7 MPa

+22.50

Terrassement initial+27.00

+27.50

E = 3 MPaPl = 0.4 MPa

M+25.00

Remblais +26.00

4 20mm12 1680


Validation du modèle « poutre sur appuis élastiques »Colombes / Station d’épuration

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Validation du modèle « poutre sur appuis élastiques »«½ semelle» supérieure sollicitée par la précontrainte des appuis supérieurs

«½ semelle» inférieure sollicitée par la partie supérieure de l’écrana

y = 0,2 . ymax

l0 = (4.EI / k)1/4

Mesures inclinométriques :=> a # 1,4 . l0=> Validation du modèle

Théorie des poutres sur appuis élastiques : => a # 1,6 . l0

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k = pmoyen/smoyen # EY / (1,3.a)Mesures écrans => k = 3,6 . EM/(α.a)

=> EEYY ## 4,7 . E4,7 . EMM//αα

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Limites « temporelles »

k x ½ entre 1995 et 1996


Colombes / Station d’épuration

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Rouen / Plateforme logistique

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Param ètres de com pressib ilité re tenus terra ins : γsat (kN /m 3) Cc / (1 + e 0) Cs / (1 + e 0) C v m 2/s L im on 15 0 ,200 0,015 1,5 10 -8 Tourbe 12 0 ,300 0,030 1,5 10 -8

=> w = 156 cm


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E = EM/αα = 0,5 à 0,67 (limons)

=> EM/α moyen # 4.000 kPa

=> w = 39 cm < 156 cm

= 1 (tourbe)


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Rouen - Vallée de Seine - préchargement avec drains

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

00 5 10 15 20

temps depuis début préchargement (mois)

tass

emen

ts (

cm) TF

TC1

TC2

fin chargement


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A = 0,4 à 0,8 moyenne # 2/3


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Module différé / Module pressiométrique

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

A

E'/E

M

1- (3A-1)/V3

1/3 2/3

0,4


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Le Havre / Port 2000

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-2,70

-11,86-6,68

-23,06-17,78

-27,85-22,71

-25,98-31,28

-25,70

-33,78

-41,02-34,65

-40,16-35,32

27,90

21,40 21,6021,10 21,4019,40 19,60 19,50 19,30 19,40 19,50 19,20 19,40 19,20 19,50

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

18_10

/09/20

04 (M

H)

19_30

/09/20

04 (M

B)

20_30

/09/20

04 (M

H)

21_15

/12/20

04 (M

B)

22_15

/12/2

004 (M

H)

23_10

/02/20

05 (M

B)

24_10

/02/20

05 (M

H)

26_11

/04/20

05 (M

H)

27_23

/04/20

05 (M

B)

28_23

/04/20

05 (M

H)

31_16

/09/20

05 (M

H)

32_05

/12/20

05 (M

B)

33_05

/12/20

05 (M

H)

34_01

/02/20

06 (M

B)

35_0

1/02/20

06 (M

H)

mesure_date_marée

dépl

ace

men

t en

têt

e (m

m)

inclinomètre I1 calcul P ARIS

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Deauville

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Ouvrages rapprochés


Limites « géométriques »

b

Loi de Hooke :

k = 2 . Es / b

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Ouvrages rapprochés

10 m

EM/α # 3 MPa

2,1 . (EM/α)4/3 / (EI)1/3

= 1.000 kN/m3

2 . (4,7 . EM/α) / b # 3.000 kN/m3



Rouen / Trémie Pasteur

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« Modèle Kranz »



Monaco / Le Testimonio

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« Modèle Kranz »



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« Modèle Kranz »



Cannes / Hôtel Hilton

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« Modèle gabion »



Gravelines / Centrale

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« Modèle gabion »



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« Modèle écran rigide »



> 2,1 . (EM/α)4/3 / (EI)1/3a < 1.5 . l0 k = 3,6 . EM/(α.a)

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« Modèle fiche hydraulique »


Limites « mécaniques »

a

T1

T2 >> T1

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Le Caire / Station El Behoos

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Limites « mécaniques »« Modèle fiche hydraulique »


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-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

09/05/03 28/06/03 17/08/03 06/10/03 25/11/03 14/01/04 04/03/04 23/04/04 12/06/04 01/08/04 20/09/04

date

dépl

acem

ent (

mm

)

mesures inclinométriques calcul PARIS avec hypothèses chantier



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-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

-10 0 10 20 30 40 50 60

déplacement (mm)

cote

(m

)

inclino (mesure n°11 du25/03/04)paris

bassin terrain

+0,00

-7,50

-2,00

-8,00

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20

déplacement (mm)

cote

(m

)

inclino (mesure n°1 du01/07/03)paris

terrain

+0,00

+3,0

+8,70

bassin

+8,70




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Deauville

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« Arcs de décharge »



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Rennes / Station Charles de Gaulle

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« Arcs de décharge »Limites « mécaniques »


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Recherche d’un modèle de comportement général


Modèle élastique

k = pmoyen/smoyen # EY / (1,3.a)Mesures écrans => k = 3,6 . EM/α

=> EEYY = 4,7 . E= 4,7 . EMM//αα

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Modèle élastique

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Tassements en phase finale d'excavation

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Distance derrière la paroi (m)

Mesures-22/12/1996 E=4Ey-Eur=3E- DuncanHamza ou &al (wmax=0.7ymax)ou &al (wmax=0.5ymax) Ey init. Mohr CoulombE=4xEy -Mohr Coulomb


Modèle élastiqueLe Caire / Station El Behoos

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Modèle élastiqueChargement / déchargement

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T1

P

T2 = P – T1

a1

a2

y = 0,6 . ymax

y = 0,2 . ymax

a2

Ménard :kécran = ksemelle / 2

Théorie des poutres :a0,2.ymax = 2 . a0,6.ymax

Finalement :kécran = kMénard x 1,5

Recherche d’un modèle de comportement généralModèle élastique

Modules « soutènement » / Modules « fondation »

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Es Ménard / (EM/alpha)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0,5

1,5

2,5

3,5

4,5

5,5

6,5

7,5

8,5

9,5

a(m)

Es Ménard /(EM/alpha)

Domaine expérimental ?

?Semelles

Ecrans

Modèle élastiqueModules « soutènement » / Modules « fondation »

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σ1-σ3

ε1

(σ1-σ3)l

Etat initial

σ1=σ3=K0.σv

σ3 = K0.σvσ1 = σv

E50

Eur # 3.E50

EY # E50 à 3 . E50

EY = E50tangent = E50 / 2

Ecran de soutènement :

Fondation :


Modules « soutènement » / Modules « fondation »

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Nom Type de modèle Paramètres élastiques MC. Es=EM/α Mohr-Coulomb Es = EM/α (voir tableau n° 2) MC. Es=4EM/α Mohr-Coulomb Es=4EM/α DC. E50=XEM/α HSM E50=2 EM/α (Remblais, Alluvions modernes et Alluvions anciennes),

E50=3 EM/α (Marnes et caillasses) et E50=4 EM/α (Calcaires grossier) Tableau 4: Récapitulation des paramètres utilisés

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-24 -18 -12 -6 0 6 12 18 24

Déplacement (mm)

9

12

15

18

21

24

27

Cot

e N

GF(m

)

Paroi Nord - Phase4: Mise en tension du 2ème lit du tirant

Mesures (Inclinomètre I5)

MC-ES=EM/α

MC-ES=4EM/α

HSM-E50=XEM/α



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-24 -18 -12 -6 0 6 12 18 24

Déplacement (mm)

9

12

15

18

21

24

27

Cot

e N

GF

(m)

Paroi Nord - Phase5: Terrassement jusqu'au fond de fouille (15,5m)

Mesures (Inclinomètre I5)

MC-ES=EM/α

MC-ES=4EM/α

DC-E50=XEM/α



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+24.00

M +16.50

+11.50Calcaire grossier

0.650

E = 35 MPaPl = 4 MPa

Marnes et caillasses

M+12.50

ME = 6 MPa

Pl = 2 MPaAlluvions anciennes

E = 12 MPa

+18.00

+16.50 Terrassement final

+23.60

Alluvions modernesPl = 0.7 MPa

+22.50

Terrassement initial+27.00

+27.50

E = 3 MPaPl = 0.4 MPa

M+25.00

Remblais +26.00

4 20mm12 1680



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1 : Déchargement vertical (excavation)2 : Chargement horizontal (butée)

1 : Déchargement horizontal (console)

2 : Chargement horizontal (butée)


Colombes / Station d’épurationImportance de l’anisotropie « mécanique » ?

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Le Caire / Nile CityImportance de l’anisotropie hydraulique

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Recherche d’un modèle de comportement généralLe Caire / Nile City

Importance de l’anisotropie hydraulique

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Importance du mode de réalisation des ouvrages


Nantes / Ilôt 7Mode de terrassement

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Importance du mode de réalisation des ouvragesNantes / Ilôt 7

Mode de terrassement

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Importance du mode de réalisation des ouvragesLe Caire / Stations El Behoos et Dokki

Injections

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Importance du mode de réalisation des ouvragesRouen / Trémie PasteurPerforation / bétonnage

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Importance du mode de réalisation des ouvragesMétro de LyonPerforation / bétonnage

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Maîtrise de la sécurité des ouvrages

Maîtriser les risques = prévenir les Etats Limites

1 Etats Limites de Service

2 Etats Limites Ultimes

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Etats Limites de Service

Suivi géotechniqueBoulogne / Parking Parchamp

Fill

Sand and Gravel

Weatheredlimestone

Hard limestone

Very hard limestone

Tx : 28.50Tx : 28.50

2.20 m x 2.20 m2.20 m x 2.20 m

31.8031.8031.80

16.50

21.00

35.60

16.5016.50

21.0021.00

35.6035.60

14.508.00

35°

32.10

14.508.00

35°

14.508.00

35°

32.1032.10

3 m3 m

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Suivi géotechniqueBoulogne / Parking Parchamp

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Etats Limites de ServiceMonaco / Minerve

Dimensionnement interactif

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• 1 : Les limites du comportement acceptable de l’ouvrage doivent être établies.

• y < 35 mm• s < 10 mm• δs < 5 mm• θ < 0,1 %

Monaco / Minerve

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• 2 : Le domaine des comportements possibles doit être analysé, et on doit montrer qu’il existe une probabilité acceptable que le comportement réel soit compris dans le domaine des comportements acceptables.

Monaco / Minerve

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Exemple : Profil X - Cible Y

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7

Phases de terrassement

Dép

lace

men

t hor

izon

tal

déplacement calculé

limite admissible

seuil intervention

seuil alerte

Monaco / Minerve

CFMS / 12 juin 2008



• 3 : Un plan d’instrumentation doit être établi, pour vérifier si le comportement réel est compris dans les limites acceptables.

Monaco / Minerve

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• 14 inclinomètres soutènement Fréquence : 2 semaines

• 6 inclinomètres massif Fréquence : 2 semaines

• 250 cibles topométriques Fréquence : 1 semaine

• 70 cales dynamométriques Fréquence : 1 semaine

• Pesage des tirants En cas de doute

Monaco / Minerve

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• 4 : Le temps de réponse des instruments de mesure et les procédures d’analyse des résultats doivent être suffisamment rapides par rapport à l’évolution possible du système.

Monaco / Minerve

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Soutènement Plati + retour

-202468

1012141618

05/0

3/20

0619

/03/

2006

02/0

4/20

0616

/04/

2006

30/0

4/20

0614

/05/

2006

28/0

5/20

0611

/06/

2006

25/0

6/20

0609

/07/

2006

23/0

7/20

0606

/08/

2006

XY

mm

164 189190 163208 182207 154183 212155 184229 185230 176200 237Seuil alerte

Bât. Plati - Z

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

01/0

4/20

0615

/04/

2006

29/0

4/20

0613

/05/

2006

27/0

5/20

0610

/06/

2006

24/0

6/20

0608

/07/

2006

22/0

7/20

0605

/08/

2006

Z m

m

58

21

119

23

188

120

121

122

17

15

123

99

100

101

Bât. Plati - XY

-3-2-10123456

01/0

4/20

0615

/04/

2006

29/0

4/20

0613

/05/

2006

27/0

5/20

0610

/06/

2006

24/0

6/20

0608

/07/

2006

22/0

7/20

0605

/08/

2006

XY

mm

58

21

119

23

188

120

121

122

17

15

123

99

100

101

Bât. Retour Sud - Z

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

01/0

4/20

0615

/04/

2006

29/0

4/20

0613

/05/

2006

27/05

/200

610

/06/2

006

24/06

/200

608

/07/2

006

22/07

/200

605

/08/

2006

Z m

m

39

75

40

94

Monaco / Minerve

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• 5 : Un plan d’action de sauvegarde doit être établi, pour être mis en œuvre si le suivi révèle un comportement sortant des limites acceptables.

Monaco / Minerve

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Soutènement escalier Sud travée

-12-9-6-30369

1215182124

18/11

/05

02/12

/05

16/12

/05

30/12

/05

13/01

/06

27/01

/06

10/02

/06

24/02

/06

10/03

/06

24/03

/06

07/04

/06

21/04

/06

05/05

/06

19/05

/06

02/06

/06

16/06

/06

30/06

/06

14/07

/06

28/07

/06

11/08

/06

XY

mm

168

169

170

201

213

151

156

171

195

214

Seuilalerte

Soutènement escalier Nord travée

-6-30369

121518212427

18/11

/200

5

02/12

/200

5

16/12

/200

5

30/12

/200

5

13/01

/200

6

27/01

/200

6

10/02

/200

6

24/02

/200

6

10/03

/200

6

24/03

/200

6

07/04

/200

6

21/04

/200

6

05/05

/200

6

19/05

/200

6

02/06

/200

6

16/06

/200

6

30/06

/200

6

14/07

/200

6

28/07

/200

6

XY

mm

105 124177 233196 215232 106125 157197 216234 109129 142192 217235 Seuil alerte

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Etats Limites de ServiceMonaco / Minerve

Dimensionnement interactif

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Etats Limites de ServiceConditions nécessaires à la mise en œuvre du

dimensionnement interactif

• L’abondance des mesures doit rester compatible avec les capacités d’interprétation.

• La limite du « domaine des comportements acceptables » ne doit pas se réduire à un seuil unique.

• Le « domaine des comportements possibles »doit pouvoir être approché :

-par le calcul (?) ;-par des expériences comparables.

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Prévision des déplacements (Peck, 1969)



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Prévision des déplacements (Solétanche-Bachy et LCPC, 2002)



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Etats Limites de ServiceUtilisation du dimensionnement interactif pour

l’optimisation des projets

• Incertitude limitée à quelques paramètres• Incertitude bornée

=> Jeu de paramètres « réaliste »=> Jeu de paramètres « pessimiste »

• Terzaghi et Peck (1967) : « Si le projet permet des modifications du dimensionnement pendant la construction, des économies importantes peuvent être faites au moyen d’un dimensionnement basésur les hypothèses les plus probables plutôt que sur les plus défavorables. »

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Etats Limites Ultimes

• Le suivi géotechnique est bien adapté à la maîtrise des ELS.

• Le suivi géotechnique ne permet malheureusement pas de mesurer le coefficient de sécurité.

=> La prévention d’un ELU se fait par référence àl’ELS : vérifier que le comportement observé est conforme aux prévisions.

=> A distinguer de la prévention d’un ELS : vérifier que le comportement observé est compatible avec les contraintes environnementales.

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LEGENDE Abscisses : profondeur en m Déplacement admissible Ordonnées : dépl. en mm Seuil d’interv. maxi

Seuil d’intervention Déplacement calculé Seuil d’alerte

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Dadm

Dint. max = Dadm – 1 mm

Dint. Dcal.

Dcalerte

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Etats Limites UltimesSuivi géotechnique ou dimensionnement interactif ?

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Tableau 17.3 – Principes généraux à suivre pour définir la surveillance, le suivi et le contrôle des travaux

a cité pour mémoire, les dispositions de cette norme ne s’appliquent pas aux ouvrages de catégorie 1 et 3b à comparer avec les prévisions fondées sur des résultats de calcul ou une expérience comparable

évaluation du comportement de l’ouvrage, sur la base de

mesures de déplacements et d’analyses tenant compte des

phases des travaux, de mesures inclinométriques et de la mesure si possible des réactions d’appui (cales dynamométriques) surtout si la méthode observationnelle

est utilisée

évaluation du comportement de l’ouvrage, basée au moins sur la mesure des mouvements b) de quelques points choisis et si

besoin sur des mesures inclinométriques et si possible des réactions d’appui (cales

dynamométriques)

évaluation simple et qualitative du comportement de l’ouvrage, fondée sur l’inspection visuelle

Instrumentation et suivi de l’ouvrage

plan de suivi indiquant les phases de travaux

plan de suivi indiquant les phases de travaux

normalement, pas de plan de suivi et de contrôle

Contrôle de l’exécution des travaux

idem 2 + reconnaissance complémentaire et étude des

conditions du terrain influant sur le dimensionnement

idem 1 + vérification des propriétés du terrain avec reconnaissance et essais

complémentaires si besoin

inspection du site et relevé des types de terrains dans les

excavations sur le site

Vérification de l’état des terrains

idem 1 + mesures des propriétés du terrain et du

comportement de l’ouvrage aux étapes importantes

idem 1 + contrôle des propriétés des remblais et du

comportement de l’ouvrage

inspection visuelle, contrôle simple, estimation qualitative du

comportement de l’ouvrageSurveillance

3 a)21 a)

Catégorie géotechniqueObjet

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Boulogne / Parking Parchamp

Fill

Sand and Gravel

Weatheredlimestone

Hard limestone

Very hard limestone

Tx : 28.50Tx : 28.50

2.20 m x 2.20 m2.20 m x 2.20 m

31.8031.8031.80

16.50

21.00

35.60

16.5016.50

21.0021.00

35.6035.60

14.508.00

35°

32.10

14.508.00

35°

14.508.00

35°

32.1032.10

3 m3 m

Suivi géotechnique ou dimensionnement interactif ?

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Rennes / Station Gares


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Rennes / Station garesSuivi géotechnique ou dimensionnement interactif ?

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Limites de la méthode observationnelle :


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Etats Limites UltimesSuivi géotechnique ou dimensionnement interactif ?

Limites de la méthode observationnelle :

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ELU « HYD »

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ELU « GEO »

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Type d’insécurité


• Déformations


• Défaut de butée

• Instabilité d’ensemble

• Instabilité hydraulique

• Instabilité structurale

Origine

• Déplacement de l’écran• Rabattement de la nappe

• Réalisation de l’écran

• Hétérogénéité

• Défaut de portance

• Dégradation• Gradient hydraulique

• Instabilité initiale du site• Effet des travaux

• Piézométrie

• Action géotechnique• Dispositions constructives

SuiviTopographieInclinométrie

Piézométrie

Piézométrie

ObservationsPiézométrie

Réactions d’appui

TopographieInclinométrie

Débits

Extensométrie

Inclinométrie

Inclinométrie

Conclusion

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Conclusion

Ouvrage+contexte géotechnique

Comportement prévisible ?Incertitudes ?

Programme de suivi

Interaction chantier / études

Modèles de comportement, paramètres de calcul

Maîtrise du projet et des travaux

Environnement+classe de conséquences

Comportement acceptable ?Niveau de vigilance ?

L’importance du suivi dans le dimensionnement des...

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