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Quatre ans de recherche urbaine 2001-2004. Volume 2

 | 
Émilie Bajolet
, 
Marie-Flore Mattéi
, 
Jean-Marc Rennes

V. Milieux physiques, ambiances urbaines et technologies

Incidence sur le bâti existant des travaux d’infrastructure en site urbain*1

Mahmoud El Gonnouni

Texte intégral

  • * Recherche n’ayant pas fait l’objet d’une présentation lors du colloque.
  • 1 Thèse de doctorat sous la direction de Pierre-Yves HICHER et Yvon RIOU, soutenue le 30 septembre 2 (...)
  • 2 Docteur en génie civil et ATER à l’UFR Sciences et Techniques Côte Basque (ISA-BTP).

1Note portant sur l’auteur2

2La construction des ouvrages souterrains (tunnels, tranchées ouvertes…) en site urbain génère des tassements du sol qui affectent les ouvrages existants et sont source de désordres parfois inacceptables.

3Ces mouvements de terrain peuvent être estimés par des calculs déterministes fondés sur des méthodes de résolution par discrétisation. Malgré leur sophistication, ces modélisations comportent des lacunes : manque d’informations sur la stratigraphie et sur la rhéologie du sol, sur son état initial, maîtrise imparfaite des actions générées par les différentes phases de construction, etc.

OBJECTIFS

  • Étudier l’influence de l’incertitude liée à la variabilité spatiale « stratigraphique ». Sur la base des nombreux essais in situ, la technique de krigeage a été appliquée à la stratigraphie afin d’évaluer l’incertitude sur la position des différentes couches composant le massif. Cette incertitude, ainsi quantifiée, est traduite en termes de dispersion dans le calcul des tassements de surface.
  • Étudier l’influence de l’incertitude liée à la variabilité spatiale « rhéologique ». Pour ce faire, il est convenu de recourir à la méthode des éléments finis stochastiques permettant d’estimer, à partir de l’incertitude sur les paramètres mécaniques, les dispersions sur les résultats.

4Une telle étude a, comme intérêt pratique, de fournir aux ingénieurs en charge de la réalisation d’un ouvrage souterrain en site urbain une indication sur la densité des forages nécessaires à la caractérisation physique du site, et de fournir aux maîtres d’ouvrage une indication sur l’erreur commise dans l’estimation des tassements de sol.

5Des outils de résolution et de krigeage numérique ont été sélectionnés et adaptés pour cette étude. Des indications quantitatives sur les incertitudes et les erreurs liées à ce type d’ouvrages sont proposées à partir des informations recueillies sur le site de l’extension de la ligne D du métro de Lyon.

6Cette étude avait donc pour objectif de valider les outils et les méthodes permettant d’estimer la variabilité des caractéristiques stratigraphiques et rhéologiques d’un sol urbain, et d’évaluer des désordres, considérés comme une variable statistique, causés par la réalisation d’un ouvrage souterrain.

7Elle a été illustrée par un site, celui de Lyon dont on a figé l’état de contrainte initial (k0), et par un ouvrage, celui de l’extension de la ligne D du métro, pour lequel le taux de travail du sol est supposé également constant.

RÉSULTATS

8Concernant l’incidence de la variabilité stratigraphique sur l’estimation du tassement de surface, on retiendra principalement, dans le cas du site de Lyon, que le coefficient de variance sur le tassement moyen établi pour l’ensemble du domaine d’étude (600 m) peut représenter ± 32 % lors du déconfinement partiel avant la pose du revêtement (phase 1). Cette incertitude atteint ± 63 % pour les deux phases de construction, à savoir la phase 1 et le déconfinement total sur le revêtement (phase 2).

9L’analyse statistique du tassement moyen calculé a permis de définir une pseudo structure de ces estimations. Il a été défini une portée et un palier de cette structure susceptible de renseigner le maître d’ouvrage sur la densité d’informations nécessaires à une telle approche de l’ouvrage et sur la pertinence des modélisations. Ainsi, pour le site étudié, la distance qu’il conviendrait de respecter entre deux campagnes stratigraphiques est de l’ordre de 200 m. On notera que cette distance intègre dans le cas présent à la fois une caractéristique intrinsèque du sol (sa variabilité naturelle) et une donnée constructive (position du tunnel) déterminée par le maître d’œuvre.

10Au niveau d’une section transversale, le coefficient de variance sur le tassement de surface est de l’ordre de ± 18 % en fin de la phase 1 et de ± 43 % pour l’ensemble des deux phases. Elle intègre uniquement la variabilité stratigraphique. Ainsi, il ressort de cette analyse que la variabilité du tassement de surface dans une section est moins importante que celle du tassement moyen. Il convient donc de privilégier l’étude avec le plus grand nombre possible de sections plutôt qu’analyser une section de manière très fine.

11Pour ce qui concerne l’incidence de la variabilité rhéologique sur l’estimation du tassement de surface, on retiendra principalement que le coefficient de variance sur le tassement de surface dans une section donnée est de l’ordre de ± 19 % en fin de phase 1. Elle intègre uniquement la variabilité rhéologique. Ce coefficient de variance atteint ± 37 % pour les deux variabilités rhéologique et stratigraphique. Quant au coefficient de variance sur le tassement moyen établi pour l’ensemble du domaine étudié, qui correspond à 900 m, elle est de l’ordre de 57 %. Ces valeurs intègrent les deux variabilités stratigraphique et rhéologique. Ainsi, il est à noter que la variance du tassement moyen pour l’ensemble du domaine d’étude est 1,6 fois plus élevée que la variance pour une section donnée. Dans une étude de ce genre, on se propose de privilégier le calcul des tassements en différentes sections avec des valeurs moyennes de rigidité et de position des couches plutôt que l’analyse fine d’une section donnée.

CONCLUSIONS

12Tous les résultats présentés sont bien entendus conditionnés par les hypothèses de modélisation.

13En l’occurrence, le taux de travail du sol (taux de déconfinement) et son état initial, supposés constants pour l’ensemble du tracé, sont des hypothèses fortes pouvant remettre en cause les conclusions.

14Ces dernières sont à prendre avec circonspection et doivent être considérées comme une première approche susceptible de renseigner les maîtres d’ouvrage sur la campagne de reconnaissance et sur le risque associé à un tel ouvrage. Il est clair que le taux de travail du sol dépend dans une certaine mesure de la configuration du terrain et notamment des couches traversées par le tunnel.

15On peut penser également qu’il existe une certaine corrélation entre les caractéristiques rhéologiques des différentes couches. Or cette corrélation est considérée ici comme nulle et de ce fait minimise la variance sur le tassement. C’est sur ces deux aspects que cette étude devra se prolonger.

VALORISATION

16Publications

17Daoud A., Lorrain M., El Gonnouni M., (2002), « Résistance à l’arrachement d’armatures ancrées dans du béton autoplaçant », Materials and Structures, vol. 35, pp. 395-401.

18El Gonnouni M., Riou Y., Hicher P.-Y., (2002), « Uncertainties analysis in the assessment of settlements caused by urban work », 3rd International Symposium Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, IS-Toulouse 2002.

19El Gonnouni M., Riou Y., Hicher P.-Y., (2003), « Influence of the uncertainties related to the soil variability in the numerical modelling of settlements caused by underground work », International Geotechnical Conference Reconstruction of historical sites and geotechnical engineering, Saint-Petersburg, Russia, 17-19 september 2003.

20El Gonnouni M., Riou Y., Hicher P.-Y., (2004), « Modelling of field displacements around shallow tunnel taking into account soil uncertainties », Proceedings of the Ninth ASCE EMD/SE Joint Specialty Conference on Probabiliste Mechanics and Structural Reliability, (CD-Rom).

21El Gonnouni M., Riou Y., Hicher P.-Y., (2005), « Use of geostatistical analyse for prediction of settlements : application to an urban site », Geotechnique journal.

22Communications

23El Gonnouni M., Riou Y., Hicher P.-Y., (2002), « Analyse des incertitudes dans l’évaluation des tassements causés lors de travaux souterrains en site urbain », 9e Colloque de la Recherche de l’Intergroupe des Écoles Centrales (CRIEC), École Centrale de Nantes, 4 juillet 2002.

24El Gonnouni M., Riou Y., Hicher P.-Y., (2003), « Influence de l’incertitude liée à la variabilité de sol dans la modélisation numérique des tassements de terrain lors de la construction d’un ouvrage souterrain », Rencontres Doctorales de l’ARGC, Aussois, 16-19 mars 2003.

Notes

1 Thèse de doctorat sous la direction de Pierre-Yves HICHER et Yvon RIOU, soutenue le 30 septembre 2004 à l’École Centrale de Nantes.

2 Docteur en génie civil et ATER à l’UFR Sciences et Techniques Côte Basque (ISA-BTP).

Notes de fin

* Recherche n’ayant pas fait l’objet d’une présentation lors du colloque.

Auteur

Allocataire de recherche
mailto:Mahmoud.El-Gonnouni@ec-nantes.fr
GeM – Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique
École Centrale de Nantes
Université de Nantes – CNRS
1, rue de la Noë
BP 92101
44321 Nantes Cedex 3
Tél. : 02 40 37 25 32

© Presses universitaires François-Rabelais, 2006

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