Influence des excavations profondes dans les zones urbaines sur les bâtiments voisins

Introduction générale
CHAPITRE 1: Etude bibliographique sur l’interaction sol-structures
1.1 Introduction
1.2 Modélisation de l’interaction sol-structures
1.2.1 Notion de loi de comportement d’un matériau
1.2.2 Comportement des matériaux de la structure
1.2.3 Comportement des sols
1.2.4 Comportement de l’interface
1.2.4.1 Caractérisation du comportement de l’interface sol-structure
1.2.4.2 Modélisation du comportement de l’interface
1.3 Etude en laboratoire de l’interaction sol-structure
1.4 Quelques exemples de l’interaction sol-structures
1.4.1 Modélisation d’un bâtiment sur fondations superficielle
1.4.2 Fondation superficielle construite à proximité d’un ouvrage souterrain
1.4.3 Interaction sol-soutènement
1.4.4 Interaction sol-tunnel
1.5 Synthèse
CHAPITRE 2: La pratique des éléments finis en géotechnique
2.1 Introduction
2.2 Historique
2.3 Concepts de base de la méthode aux éléments finis
2.4 Calculs par la MEF
2.5 Présentation de Plaxis
2.5.1 Le logiciel Plaxis
2.5.2 Le système d’options du code Plaxis
2.6 Les modèles de comportements intégrés dans Plaxis
2.6.1 Introduction
2.6.1.1 Modèle élastique linéaire
2.6.1.2 Le modèle de Mohr-Coulomb
2.6.1.3 Modèle de sol avec écrouissage (Hardening Soil Model (HSM))
2.6.1.4 Modèle pour les sols mous (Soft Soil Model (SSM))
2.6.1.5 Modèle pour sols mous avec effet du temps (Soft Soil Creep Model (SSCM))
2.7 Synthèse
CHAPITRE 3: Influence des excavations profondes dans les zones urbaines sur les bâtiments voisins
3.1 Introduction
3.2 Types et effets d’influences environnementales
3.2.1 Influences naturelles
3.2.2 Influences technologiques
3.3 Les déplacements causés par les excavations profondes
3.4 L’analyse de l’interaction sol-structure
3.5 Modélisations du bâtiment-excavation dans l’ISS
3.5.1 Modélisation physique
3.5.2 Modélisation numérique
3.6 Comportement des bâtis dû aux effets de mouvements de terrain
3.7 Réponse de bâtiment due à une excavation-déformations associées
3.8 Critères limites des déformations des bâtiments situés à coté des excavations
3.8.1 Les tassements
3.8.2 Le rayon de courbure et la déflexion relative
3.8.3 La distorsion angulaire et l’inclinaison (pente)
3.8.4 Déplacements horizontaux et déformations horizontales de tension
3.8.5 Effet conjugué de la distorsion angulaire et de la déformation horizontale de traction
3.9 Solutions de protection des bâtiments situés à coté d’une fouille
3.10 Synthèse
CHAPITRE 4: Etablissement d’un modèle de calcul de référence
4.1 Introduction
4.2 Spécification du modèle de référence
4.2.1 Hypothèses générales
4.2.2 La géométrie du modèle
4.3 Modèle constitutif et paramètres des matériaux
4.3.1 Paramètres du sol et de l’interface
4.3.2 Paramètres des éléments structuraux
4.4 Modélisation par Plaxis V8.2
4.4.1 Modélisation géométrique
4.4.2 Génération du maillage
4.4.3 Conditions initiales
4.4.3.1 Pressions interstitielles initiales
4.4.3.2 Contraintes initiales
4.5 Procédure de calcul
4.6 Principaux résultats
4.6.1 Déformation de l’ensemble du modèle géométrique
4.6.2 Résultats pour la paroi moulée
4.6.3 Validation du modèle de référence
4.6.4 Interprétation des résultats
4.6.4.1 Déformation de l’ensemble du modèle géométrique
4.6.4.2 Résultats de la paroi moulée
4.6.5 Résultats pour les bâtiments
4.6.5.1 Les moments fléchissent et les efforts de cisaillements
4.6.5.2 Les déformations des bâtiments
4.7 Synthèse
CHAPITRE 5: Etude paramétrique
5.1 Introduction
5.2 Effet des paramètres de calcul (modélisation)
5.2.1 Présentation des résultats obtenus
5.2.1.1 L’effet du type de maillage
5.2.1.2 L’effet La précision des calculs
5.2.2 Interprétation des résultats obtenus
5.3 Effet des paramètres géotechniques
5.3.1 Effet des paramètres du sol
5.3.1.1 Présentation des résultats obtenus
5.3.1.2 Interprétation des résultats obtenus
5.3.2 Effet du rabattement de la nappe phréatique
5.3.2.1 Présentation des résultats obtenus
5.3.2.2 Interprétation des résultats obtenus
5.3.3 Effet des interfaces (Rint)
5.3.3.1 Présentation des résultats obtenus
5.3.3.2 Interprétation des résultats obtenus
5.4 Synthèse
Conclusion générale et recommandations
Références et bibliographie

Types et effets d’influences environnementales

Nous pouvons distinguer deux types d’influences sur l’environnement : influences naturelle (déchargeant, rechargeant et chargement additionnel) et influences technologiques (liées à la technologie s’est appliqué et des solutions assumées). Les déplacements sont les effets les plus importants de ces influences. Ils sont habituellement mesurés dans le cadre de surveillance du système et correspondent à la réponse globale de la structure sous l’effet de toutes les influences.

Influences naturelles

L’influence naturelle inclut des changements d’état de contrainte dans le sol en raison de processus de déchargement, et puis du chargement par la structure. Ces influences sont fondamentalement non pertinentes aux solutions utilisées et à la technologie des travaux appliqués. Elles sont définies dans les hypothèses suivantes :

– L’endroit de l’investissement – états géotechniques du sol (arrangement des couches de sol, conditions des eaux souterraines, paramètres de résistance et de rigidité, état initial des contraintes dans le sol).

– La profondeur de fondation et les dimensions planaires des structures (volume d’excavation et l’importance de déchargement du sol).

– La hauteur de la structure (nombre d’étages – l’importance du chargement additionnel).

Les valeurs des déplacements résultant du déchargement du sol et de l’intervalle de zone où on les observe dépendent des paramètres géotechniques du sol et de la géométrie de l’excavation (profondeur, largeur et longueur). Ainsi l’effet de déchargement pour de petites excavations a une influence négligeable sur les déplacements et le plus souvent il n’est pas pris en considération.

Cependant, pendant l’exécution des excavations profondes (Chan & Morgenstern 1987; Nash et al 1996; Bolt et al 1997; Horodecki et al 2004), des déplacements verticaux positifs (soulèvement) du fond de fouille, des murs de soutènement et d’abord de toute la surface de sol et les constructions adjacentes sont observés comme montre la figure (illustration 3.1). Ces déplacements contribuent de manière significative à toutes les valeurs des déplacements verticaux. Pour cette raison, ils ont leur impact sur la sûreté des constructions avoisinantes.

La profondeur de la zone déchargement dépend des paramètres géométriques de l’excavation et peut être estimée de 2 H à 3H (où H est la profondeur d’excavation) au-dessous du fond de fouille (Chan & Morgenstern 1987; Nash et al 1996).

L’analyse de l’interaction sol-structure

L’analyse de l’interaction sol-structure devrait être effectuée pendant le cycle des deux investissements : à la phase de conception et à la phase d’exécution. L’analyse et le calcul des influences environnementales des excavations profondes peuvent être faite avec une utilisation de la MEF (Zdravkovic et al 2005) avec des problèmes 2D or 3D. Ils estiment les forces et les déplacements du système de soutènement, du fond de fouille et de la surface du sol pour des étapes spécifiques de l’exécution.

Pour des données standard, le rôle important est joué par le code de calcul numérique appliqué et d’abord de tout le modèle du sol supposé ainsi que des paramètres respectifs du sol aussi bien qu’une expérience de la personne qui effectue les calculs (Schweiger 2002).

Dans les calculs numériques des déplacements, les plus importants sont les paramètres de rigidité du sol particulièrement le module du déchargement et du rechargement, ainsi sa détermination fiable est très importante.

Modélisations du bâtiment-excavation dans l’ISS

Modélisation physique

Les modèles physiques constituent un outil utile de recherches (Ferguson, 1992). En géotechnique, les premiers modèles physiques réduits ont été utilisés essentiellement pour les recherches, et souvent dans un environnement 1g (gravité terrestre). Une limitation principale de l’utilisation des modèles dans l’environnement 1g est le comportement lié à l’état de contrainte du sol. Il est difficile dans ces conditions de faire des interprétations quantitatives des résultats expérimentaux : les résultats obtenus ne permettent qu’une exploitation et une analyse purement qualitatives.

A l’heure actuelle, il y a des lois de similitudes bien établies et validées pour lier le comportement des modèles physiques réduits aux systèmes gravitaires de prototype (Santamarina & Goodings, 1989 ; Schofield & Steedman, 1988 ; Culligan & al. 1996). De plus, les systèmes modernes de contrôle, de capteurs, et concepts expérimentaux permettent d’améliorer de manière significative la performance de systèmes de mesure en minimisant les effets de l’instrumentation et les conditions limites sur les résultats de modèles physiques. Des revues sur la modélisation physique contemporaine ont été présentées par Paulin et al. (1993), Kutter (1995), Wood & al. (2002), et Garnier (2002).

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