Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Zone géotechnique“

Les argiles plastiques d’âge Sparnacien (Yprésien – Eocène inférieur) présentent un enjeu géotechnique majeur pour le projet Grand Paris Express, un des plus grands projets de métro en cours de construction en Europe. Ces argiles plastiques se trouvent souvent à grande profondeur. Elles sont connues comme imperméables, normalement consolidées ou surconsolidées, gonflantes en affleurement. Cependant, leurs caractéristiques mécaniques sont peu connues, et leur mécanisme de gonflement est complexe car il dépend des caractéristiques physico-chimiques des minéraux constituant ces argiles, ainsi que de leurs états mécaniques et hydriques. Quelques retours d’expériences, parfois accidentels, ont montré des déformations importantes de cette couche géologique, avec la présence locale de poches de sables ou de lithofaciès sableux. Afin de dimensionner correctement les ouvrages en contact avec cette couche, de nombreux essais in situ et en laboratoire ont été réalisés pour mieux appréhender le comportement de ces argiles plastiques. Cet article présente d’abord le contexte géologique et la synthèse des essais sur 3 zones représentatives sur les lignes 14 et 15, à savoir : le Coteau d’Issy à Issy-Les-Moulineaux (L15 Sud-Ouest), la vallée de la Bièvre à la Maison Blanche dans Paris 13e arrondissement (L14 Sud) et la vallée et les plateaux de la Marne à Saint-Maur et Créteil (L15 Sud-Est). Des analyses géotechniques des essais ont été ensuite effectuées zone par zone afin de mieux connaître les comportements mécanique et hydrique, ainsi que la variabilité spatiale, de ces argiles plastiques.

Le procédé de Compactage Horizontal Statique, mis en œuvre pour la première fois aux États-Unis dans les années 1950 par les ingénieurs d’Hayward Baker Inc. (Groupe KELLER), a été développé considérablement par la suite, de telle sorte que depuis le début des années 1990, il trouve également une diffusion croissante en Europe (Warner J. 1982. “Compaction grouting-the first thirty years”. Gr Geotech Eng, ASCE, 1982: P694–707). Alors qu’à l’origine, les applications du procédé étaient limitées à la consolidation sous les fondations d’ouvrages susceptibles de subir des tassements, il en existe maintenant beaucoup d’autres. Aujourd’hui, les domaines d’application du Compactage Horizontal Statique sont multiples : amélioration et renforcement de sol pour des ouvrages neufs ou des reprises en sous-œuvre mais également pour des traitements de vides karstiques. Un exemple de chantier vient illustrer une application de ce procédé sous des éoliennes en mettant en évidence les avantages de ce procédé dans un contexte géotechnique difficile de zones décomprimées et de vides dans la craie jusqu’à des profondeurs de 20 à 45 m. Il a également été associé à un autre procédé de renforcement de sol par inclusions rigides pour traiter les sols superficiels. La détection et la délimitation des zones d’anomalies par des sondages destructifs avec enregistrements de paramètres n’ont pas été possibles en phase projet et ont été très compliquées en phase travaux pour garder un délai d’exécution court. Le retour d’expérience de cette opération montre que dans un tel contexte, il y a lieu de prévoir plusieurs mailles : une maille primaire lâche sur l’ensemble de l’emprise de l’ouvrage de manière à délimiter grossièrement les zones à injecter, et une maille secondaire voire tertiaire en intermaille, pour circonscrire précisément la zone d’anomalies.

La déviation de la route nationale 10 entre Lisle et Pezou dans le Loir-et-Cher permet d’assurer une continuité en route express entre Vendôme et Chartres. Les travaux ont débuté en 2004 et l’infrastructure a été mise en service en décembre 2008. La déviation contourne les communes de Lisle et de Pezou par le nord-ouest, s’appuyant successivement sur des alluvions de la vallée du Loir, des argiles à silex, des colluvions de pente et sur des dépôts de l’Eocène situés sur le plateau. Ces formations de surface coiffent un substratum calcaro-crayeux datant du Turonien connu pour être particulièrement karstifié. L’apparition d’aléas géologiques récurrents et d’importance lors des phases de projet et de réalisation de l’infrastructure routière, a conduit la DREAL Centre à diligenter, auprès du CETE Normandie-Centre (Laboratoire Régional de Blois), une étude générale des risques géologiques et hydrogéologiques. Le rapport final est destiné à la direction interdépartementale des routes nord-ouest (DIR NO) pour son centre d’exploitation de Vendôme, gestionnaire de l’infrastructure. L'analyse, par le CETE, des différents rapports géotechniques et hydrogéologiques concernant la zone d'étude prouve que celle-ci présente un découpage structural assez dense qui commande notamment les écoulements de la nappe d'eau souterraine et le relief de surface. L’infrastructure routière, recoupant pour partie ces discontinuités structurales, rencontre donc plusieurs zones pouvant être propices à des manifestations géotechniques telles que des affaissements, des effondrements karstiques ou des glissements de talus. A la suite d’une analyse par photographie aérienne et d’un relevé de terrain systématique, des zones d’aléas spécifiques ont été identifiées et des préconisations particulières de gestion ont été définies.

Depuis une cinquantaine d’années, les techniques d’amélioration et de renforcement des sols se sont fortement enrichies pour faire face au développement accéléré des mégalopoles implantées très souvent dans des zones de « mauvais sol ». Les entreprises et les bureaux d’études français ont toujours eu, dans ce domaine de la géotechnique, une place prépondérante dans le monde. Le livre sur l’amélioration et le renforcement des sols, AMSOL, capitalise les expériences des entreprises et des bureaux d’études pour présenter un panorama complet des techniques d’amélioration et de renforcement des sols, des plus usuelles aux plus novatrices.

L’estimation des déplacements induits par le creusement au tunnelier sur des constructions avoisinantes (immeubles, ouvrages d’art, tunnels, réseaux…) est une étape essentielle des projets d’ouvrages souterrains en zones urbaines. De cette estimation sont, en effet, déduits ou adaptés des choix forts de conception tels que le tracé du tunnel, le dimensionnement du tunnelier (surcoupe, conicité…) et le choix de ses paramètres de pilotage (pression frontale, pression de bourrage…). Cet article présente des comparaisons entre les résultats de calculs éléments finis 2D et six sections instrumentées d’ouvrages réels. L’ensemble des paramètres nécessaires à la modélisation (modèle géotechnique et paramètres de creusement du tunnelier) est décrit de manière explicite. Ces rétro-analyses permettent de mieux cerner les paramètres clés du problème, en particulier le rôle majeur des pertes de volume induites le long de la jupe du tunnelier.

Les digues de protection contre les inondations peuvent faire l’objet de campagnes de reconnaissance dans le but d’identifier d’éventuelles zones de faiblesse et de prévenir tout risque de défaillance. La méthode Multi-channel Analysis of Surface Waves (MASW), non invasive et à faible coût, offre un complément intéressant aux sondages géotechniques. Elle est notamment utile pour les ouvrages de grand linéaire car elle est employable en mode « grand rendement ». Cependant, la méthode MASW repose sur une hypothèse de milieu 1D stratifié, c’est-à-dire que la surface du sol ainsi que les interfaces entre les différentes couches de sol sont supposées horizontales. Cela n’est a priori pas compatible avec la topographie 3D de l’ouvrage. Nous avons réalisé une étude de sensibilité des résultats de MASW à la géométrie 3D d’une digue en nous appuyant à la fois sur des mesures expérimentales et sur des simulations. L’ouvrage considéré est une maquette de digue à l’échelle 1. Dans un premier temps, nous avons proposé une méthodologie de simulation permettant de reproduire numériquement la propagation d’une onde sismique en 3D pour la configuration de la maquette, et nous avons validé ce modèle par comparaison entre signaux numériques et acquisitions réelles. Dans un second temps, nous avons considéré différentes configurations de simulation dans le but d’évaluer l’influence de la géométrie 3D de l’ouvrage. D’après les résultats obtenus, la géométrie 3D de la digue entraîne une sous-estimation de la profondeur de l’interface entre la digue et le sol. En revanche, son influence sur l’estimation des caractéristiques des couches est négligeable. Ces résultats sont en accord avec le retour d’expérience terrain d’EDF. D’autres limites restent à approfondir par de nouvelles simulations, en considérant des ouvrages de plus grandes dimensions et à géométries plus complexes. De plus, l’exploitation de la maquette de digue se poursuivra avec la mise en œuvre de méthodes électriques, et avec des travaux sur les méthodes de fusion de données.

Deux campagnes océanographiques ont été réalisées en 1992 et 1993 par Ifremer and Elf Aquitaine Production, dans le golfe de Guinée, avec des prélèvements de carottes küllenberg et l'acquisition de données géophysiques par grandes profondeurs d'eau. Les essais géotechniques, réalisés au laboratoire de géotechnique de l'E. N. S. G. , ont permis une description synthétique des sédiments superficiels sur les talus continentaux du Nigeria, du Gabon et du Congo. Sur la pente continentale du Gabon, ces résultats mettent en évidence un état sous-consolidé en profondeur. Les relevés géophysiques y indiquent l'existence de figures d'expulsion de fluides et de zones de sédiments superficiels chargés en gaz. Un réflecteur acoustique profond de trente mètres est interprété comme une surface de glissement potentiel, ou le facteur de sécurité non drainé semble à un minimum. La prise en compte de la bathymétrie et des critères de stabilité ont permis une cartographie régionale du risque et une interprétation des désordres identifies par la géophysique: les résultats confirment que ces désordres correspondent à un état remanié en profondeur ou à la migration de fluides interstitiels ; nous avons calibré l'impact de différents modes d'action des fluides interstitiels sur la stabilité des sédiments. Les essais géotechniques ont donc apporté une caractérisation systématique et synthétique des sédiments prélevés dans le golfe de Guinée. La juxtaposition d'informations géophysiques et géotechniques a permis d'inventorier, de calibrer et de localiser les causes de désordres dans la zone Gabon ; toutefois, une meilleure connaissance des processus gravitaires dans cette zone passerait par l'étude locale des phénomènes identifiés et l'acquisition de mesures in situ: mesures de la fraction gazeuse, des excès de pression interstitielle et des contraintes effectives verticales

Les instabilités de versants sont en partie responsables de l'apparition de désordres ou de la réactivation de désordres antérieurs dans les structures de tunnels anciens de faible profondeur. Il est cependant nécessaire de bien comprendre ce qui résulte de ces contextes d'interaction et ce qui peut être dû au seul vieillissement rhéologique de ces structures anciennes. Les rétro-analyses réalisées ont conduit ainsi à considérer différentes situations de tunnels entrant dans un versant : tunnel entrant perpendiculairement dans le versant (tête de tunnel), tunnel oblique par rapport au versant, ou tunnel longeant le versant sous une faible couverture. Les pathologies identifiées dans la structure de ces ouvrages varient en fonction de ces situations. Dans cette thèse, différents mécanismes d'instabilités responsables de dommages récurrents ont été étudiés dans le cas d'un tunnel longeant un versant. Pour cela, une partie de la recherche s'est intéressée aux facteurs d'influence à travers une série d'approches numériques paramétriques. Certaines sont relatives à l'altitude du tunnel dans le versant et à sa distance par rapport à la surface libre du versant. Puis sont mis en évidence des facteurs d'influence relatifs aux caractéristiques géomorphologiques du versant et à son évolution naturelle ainsi que des facteurs relatifs à la méthode de construction de l'ouvrage. Dans une seconde partie, des rétro-analyses d'étude de cas ont permis de caractériser différents contextes d'interactions et les pathologies des tunnels anciens concernés. Des simulations numériques ont été réalisées afin d'illustrer le comportement de ces ouvrages et d'expliquer les pathologies identifiées. Enfin dans une troisième partie, une méthodologie d'analyse des différents contextes d'interaction entre tunnels anciens et versants instables a été établie, conduisant à redéfinir le concept de zone d'influence géotechnique dans ce type de situation
Tunnels and unstable slopesABSTRACT: The slope instabilities are partly responsible for the appearance of disorders or reactivation of previous disorders in old shallow tunnel structures. However, it is necessary to understand what results from these interaction contexts and what is due solely to rheological aging of these old structures. Retro-analyzes have led to the consideration of different situations of tunnels entering a hillslope: tunnel entering a slope (tunnel head), tunnel oblique to the slope or shallow tunnel parallel to the slope. Identified pathologies of structures vary depending on these situations. In this thesis, different mechanisms responsible for damage to structures were studied in the case of a shallow tunnel parallel to a slope. For this, a part of the research has focused on the influence factors through a series of parametric numerical approaches. Some are related to the elevation of the tunnel in the slope and its distance from the free surface of the slope. Then are highlighted influencing factors related to geomorphological characteristics of the hillslope and its natural evolution as well as factors related to the construction method of the tunnel. In the second part, case study back-analyzes have characterized different contexts of interaction and pathologies of old tunnels concerned. Numerical simulations were performed to illustrate the behaviour of these structures and explain tunnel lining damages. Finally in the third part, a methodology for analyzing different contexts of interaction between old tunnels and unstable slopes has been established, leading to redefine the concept of geotechnical influenced zone in this situation

Les instabilités de versants sont en partie responsables de l'apparition de désordres ou de la réactivation de désordres antérieurs dans les structures de tunnels anciens de faible profondeur. Il est cependant nécessaire de bien comprendre ce qui résulte de ces contextes d'interaction et ce qui peut être dû au seul vieillissement rhéologique de ces structures anciennes. Les rétro-analyses réalisées ont conduit ainsi à considérer différentes situations de tunnels entrant dans un versant : tunnel entrant perpendiculairement dans le versant (tête de tunnel), tunnel oblique par rapport au versant, ou tunnel longeant le versant sous une faible couverture. Les pathologies identifiées dans la structure de ces ouvrages varient en fonction de ces situations. Dans cette thèse, différents mécanismes d'instabilités responsables de dommages récurrents ont été étudiés dans le cas d'un tunnel longeant un versant. Pour cela, une partie de la recherche s'est intéressée aux facteurs d'influence à travers une série d'approches numériques paramétriques. Certaines sont relatives à l'altitude du tunnel dans le versant et à sa distance par rapport à la surface libre du versant. Puis sont mis en évidence des facteurs d'influence relatifs aux caractéristiques géomorphologiques du versant et à son évolution naturelle ainsi que des facteurs relatifs à la méthode de construction de l'ouvrage. Dans une seconde partie, des rétro-analyses d'étude de cas ont permis de caractériser différents contextes d'interactions et les pathologies des tunnels anciens concernés. Des simulations numériques ont été réalisées afin d'illustrer le comportement de ces ouvrages et d'expliquer les pathologies identifiées. Enfin dans une troisième partie, une méthodologie d'analyse des différents contextes d'interaction entre tunnels anciens et versants instables a été établie, conduisant à redéfinir le concept de zone d'influence géotechnique dans ce type de situation
Tunnels and unstable slopesABSTRACT: The slope instabilities are partly responsible for the appearance of disorders or reactivation of previous disorders in old shallow tunnel structures. However, it is necessary to understand what results from these interaction contexts and what is due solely to rheological aging of these old structures. Retro-analyzes have led to the consideration of different situations of tunnels entering a hillslope: tunnel entering a slope (tunnel head), tunnel oblique to the slope or shallow tunnel parallel to the slope. Identified pathologies of structures vary depending on these situations. In this thesis, different mechanisms responsible for damage to structures were studied in the case of a shallow tunnel parallel to a slope. For this, a part of the research has focused on the influence factors through a series of parametric numerical approaches. Some are related to the elevation of the tunnel in the slope and its distance from the free surface of the slope. Then are highlighted influencing factors related to geomorphological characteristics of the hillslope and its natural evolution as well as factors related to the construction method of the tunnel. In the second part, case study back-analyzes have characterized different contexts of interaction and pathologies of old tunnels concerned. Numerical simulations were performed to illustrate the behaviour of these structures and explain tunnel lining damages. Finally in the third part, a methodology for analyzing different contexts of interaction between old tunnels and unstable slopes has been established, leading to redefine the concept of geotechnical influenced zone in this situation

Afin de modéliser le comportement des massifs de sols non saturés sur les plans mécaniques et des écoulements d’eau et d’air, on a adopté une loi de comportement incrémentale à variables indépendantes, reliant les incréments de déformations du sol aux variations des contraintes totales et des sucions, ainsi que des relations non linéaires entre, d’une part, les coefficients de perméabilité à l’eau et à l’air et, d’autre part, l’indice des vides et le degré de saturation. Dans un premier temps, le sol est supposé élastique et la non linéarité est uniquement hydraulique (eau et air). L’application du principe des travaux virtuels et de la méthode des éléments finis à ce problème le ramène à la résolution d’un système non linéaire et non symétrique. Le traitement numérique de ce système conduit d’une part à l’introduction d’éléments finis bidimensionnels de consolidation des sols non saturés dans le code général de calcul par éléments finis CESAR-LCPC et, d’autre part, à la mise au point d’un algorithme itératif de résolution et à la programmation dans CESAR-LCPC d’un nouveau module de résolution pour la consolidation des sols isotropes non saturés, appelé CSNS. Dans un deuxième temps, le sol est supposé élastoplastique et la non linéarité devient à la fois hydraulique (eau et air) et mécanique (déformabilité). La résolution de ce problème a nécessité d’abord l’extension des propriétés numériques des éléments finis précédemment mis au point dans le module CSNS par la création d’un nouveau modèle de comportement élastoplastique appelé MEINOS, dont la mise au point a nécessité la combinaison de la méthode de rigidité variable pour le traitement des non linéarités hydrauliques (eau et air) et de la méthode des contraintes initiales pour le traitement de la non linéarité mécanique (déformation). La modélisation effectuée et sa programmation dans CESAR-LCPC, qui tient compte entre autres des conditions initiales et aux limites, ont été testées sur des maillages unidimensionnels et bidimensionnels. Les résultats numériques des exemples de calcul montrent que la loi de comportement adoptée et le couplage des déformations et des écoulements d’eau et d’air fournissent des résultats encourageants tant du point de vue mécanique que du point de vue hydraulique
For modelling the mechanical and air/water flow behaviour of unsaturated soils, an incremental law relating the soil deformation to the variations of both total stresses and suctions was adopted, in addition to non-linear relationships between the water and air permeabilities and the void ratio and the degree of saturation. As a first step, the soil was assumed to be elastic, and non-linearity was introduced only for water and air flows. The application of the principle of virtual works together with the finite element method lead to solving a non-linear and non-symmetric system. The numerical solution of this system was achieved by (1) implementing two-dimensional consolidation elements for unsaturated media within the multipurpose finite element program CESAR-LCPC and (2) developing an iterative algorithm for solving the non-symmetric system of equations, as part of a new subroutine, named CSNS, which was introduced in the program CESAR-LCPC to handle consolidation of isotropic unsaturated soils. In the second stage of development, the soil was assumed to be elastoplastic, which means that both mechanical and hydraulic (water and air) non-linearities were considered. This required to extend the capabilities of the consolidation subroutine CSNS, by the introduction of a new elastroplastic consitutive model, named MEINOS ; the implementation of this model required the combination of the variable stiffness method for solving hydraulic (water and air) non-linearities and of the initial stress method for solving mechanical (strain) non-linearities. The model, and its implementation in the program CESAR-LCPC were tested on one-dimensional and two-dimensional meshes. The numerical results obtained from the analysis of sample problems showed that the constitutive law used in this model together with coupling the mechanical and hydraulic behaviour could produce encouraging answers from both a mechanical and hydraulic point of view

Étude de la nature des sédiments marins profonds, de leurs propriétés géotechniques et de la géométrie des dépôts de la zone Clarion-Clipperton afin de préciser l'environnement géologique des nodules et de connaitre le comportement des sédiments lors de leur collecte. Description des techniques de reconnaissance générale telles que SAR (sonar latéral haute résolution) SEABEAM, imagerie photographique et des méthodes d'analyse du sédiment. Présentation et discussion des propriétés géotechniques des différents faciès ; mise en évidence du rôle de la composition minéralogique sur le comportement mécanique. Synthèse des données aboutissant à une meilleure compréhension de l'environnement actuel et de la sédimentation dans la zone d'étude

Avec la modélisation géologique et géométallurgique, la modélisation géotechnique est l'une des composantes essentielles de la planification et du développement de projets miniers à ciel ouvert et souterrains. Une caractéristique particulière de nombreuses variables géotechniques est d'être dépendante de la direction, c'est-à-dire que la mesure d'une carotte de sondage dépend non seulement de sa position géographique mais aussi de son orientation. Pour tenir compte de cette caractéristique, il est proposé de régionaliser les variables géotechniques dans un espace à cinq dimensions correspondant au produit sur l'espace géographique à trois dimensions et la sphère à deux dimensions, de sorte que chaque mesure soit indexée par ses coordonnées est, nord, élévation, azimut et pendage. Au lieu de faire des prédictions et des simulations conditionnées à une direction particulière, ce nouveau paradigme permet d'interpoler des variables géotechniques à n'importe quel endroit de l'espace géographique, et pour n'importe quelle direction. La structure de corrélation spatiale peut être inférée et modélisée en utilisant des covariances séparables ou des combinaisons de covariances séparables, sous une hypothèse de stationnarité dans l'espace géographique et d'isotropie sur la sphère. De plus, une simulation conditionnelle peut être effectuée par des méthodes spectrales ou de bandes tournantes, basées sur des produits de champs aléatoires stationnaires dans l'espace géographique et de champs aléatoires isotropes sur la sphère. La méthodologie proposée est illustrée par modélisation de la fréquence de discontinuité linéaire (P10), la désignation de la qualité de la roche (RQD), et le Slope Mass Rating (SMR) dans trois gisements miniers
Together with geological and geometallurgical modeling, geotechnical modeling is one of the essential components for the planning and development of open pit and underground mining projects. A particular characteristic of many geotechnical variables is to be direction-dependent, i.e., the measurement of a core sample not only depends on the in-situ position of this sample but also on its in-situ orientation. To account for this characteristic, it is proposed to regionalize such variables in a five-dimensional space corresponding to the product on the three-dimensional geographical space and the two-dimensional sphere, so that each measurement is indexed by its easting, northing, elevation, azimuth, and dip. Instead of making predictions and simulations conditioned to a particular direction, this new paradigm allows geotechnical variables to be interpolated at any place in the geographic space, for any direction. The spatial correlation structure can be inferred and modeled by using separable covariances or combinations of separable covariances, under an assumption of stationarity in the geographical space and isotropy on the sphere. Also, conditional simulation can be performed by turning bands, based on products of stationary random fields in the geographic space and isotropic random fields on the sphere. The proposed methodology is illustrated with the modeling of the linear discontinuity frequency (P10), the rock quality designation (RQD), and Slope Mass Rating (SMR) in three mineral deposits