Accidents géotechniques des tunnels et des ouvrages souterrains - Méthodes analytiques pour le retour d'expérience et la modélisation numérique, Tunnels and underground constructions geotechnical accidents - Analytical methods for experience feedback and numerical modelling

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NANCY UNIVERSITE - INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE
LORRAINE

ECOLE DOCTORALE SCIENCES ET INGENIERIE DES RESSOURCES
PROCEDES PRODUITS ENVIRONNEMENT

Laboratoire Environnement Géomécanique et Ouvrages - Ecole des Mines de Nancy



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THESE

Présentée en vue d’obtenir le grade de DOCTEUR de l’INPL
En Génie Civil – Géotechnique – Hydrosystèmes


présenté par

Jamal IDRIS

(Chercheur assistant a l’université d’Alep – Syrie)
(DEA : Matériaux structures - INSA Toulouse)

le /23/ octobre 2007

Accidents géotechniques des tunnels et des ouvrages
souterrains – Méthodes analytiques pour le retour
d’expérience et la modélisation numérique



Directeur de thèse J.P. PIGUET
Codirecteurs de thèse T.VERDEL




devant le JURY composé de :


R. KASTNER : INSA Lyon [Rapporteur ]
Y. DIAB : Université de Marne la Vallée (Paris) [Rapporteur ]
M. ASSI : Université d’Alep (Syrie) [Examinateur]
J.P. PIGUET : Ecole de mines de Nancy
T.VERDEL e
M. ALHEIB : INERIS- mines de Nancy [Examinateur]
TABLE DES MATIERES

Table des matières :

1 CHAPITRE I: INTRODUCTION GENERALE .......................................................... 7
1.1 CROISSANCE DE LA CONSTRUCTION DES TUNNELS ET D’OUVRAGES SOUTERRAINS ..... 8
1.2 RISQUES LIES AUX TUNNELS URBAINS ET OUVRAGES SOUTERRAINS............................ 9
1.2.1 Effondrements................................................................................................... 10
1.2.2 Désordres ......................................................................................................... 10
1.2.3 Tassements en surface...................................................................................... 11
1.3 CONTEXTE ET OBJECTIF DE LA THESE ........................................................................ 12
2 CHAPITRE II : ETABLISSEMENT,
PRESENTATION D’UNE BASE DE DONNEES (INSTABILITES DES TUNNELS ET
DES OUVRAGES SOUTERRAINS) ................................................................................... 14
2.1 INTRODUCTION.......................................................................................................... 15
2.2 BASE DE DONNEES TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS INCIDENTS, ACCIDENTS .. 17
2.2.1 Phénomènes principaux d’instabilité............................................................... 17
2.2.2 Les sous-groupes.............................................................................................. 21
2.2.3 Les variables explicatives................................................................................. 22
2.3 ÉCHELLE D’EVALUATION DES IMPACTS DES ACCIDENTS OU INCIDENTS..................... 25
2.3.1 Poids de l’information...................................................................................... 26
2.3.2 Variables quantitatives..................................................................................... 26
2.3.3 Base d’illustration des accidents ou d’incidents.............................................. 27
2.3.4 Données disponibles et données manquantes .................................................. 28
2.3.5 Substitution des données manquantes.............................................................. 29
2.4 CREDIBILITE DE LA BASE DE DONNEES ...................................................................... 30
3 CHAPITRE III : ANALYSES
STATISTIQUES ELEMENTAIRES ET AVANCEES DE LA BASE DE DONNEES .. 33
3.1 INTRODUCTION.......................................................................................................... 34
3.2 ANALYSE DES PHENOMENES D’INSTABILITE.............................................................. 34
3.3 CORRELATION ET DISPERSION DES VARIABLES QUANTITATIVES................................ 39
3.4 ANALYSE DES CAUSES DE PHENOMENES D’INSTABILITE............................................ 42
3.4.1 Le phénomène d’effondrement ......................................................................... 42
3.4.2 Les désordres locaux........................................................................................ 43
3.4.3 La fermeture de la section de l’ouvrage (convergence).................................. 44
3.4.4 Les inondations ................................................................................................ 44
3.4.5 Tassement en surface (affaissement)................................................................ 44
3.5 ANALYSE FACTORIELLE DES CORRESPONDANCES AFC............................................. 44
3.5.1 Principe général de la méthode d’analyse AFC .............................................. 44
3.6 RESULTATS DE L’ANALYSE FACTORIELLE DE CORRESPONDANCES ............................ 46
3.6.1 Distribution des phénomènes d’instabilité en fonction de la variable phase .. 47
3.6.2 Etude des phénomènes d’instabilité en fonction du mode de soutènement...... 47
3.6.3 Etude des phénomènes d’instabilité en fonction de la profondeur des ouvrages
49
3.6.4 fonction de la résistance du terrain... 49
3.6.5 Synthèse des résultats de l’ AFC...................................................................... 50
3.7 CONCLUSION............................................................................................................. 52
Thèse Jamal IDRIS - 1 - TABLE DES MATIERES

4 CHAPITRE IV:
VIEILLISSEMENT DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION ET DES ROCHES,
COMPORTEMENT ET DESORDRES DES TUNNELS DANS LES TEMPS............... 54
4.1 INTRODUCTION.......................................................................................................... 55
4.2 PROCESSUS DE VIEILLISSEMENT DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION ....................... 55
4.2.1 Processus mécanique (physiques).................................................................... 55
4.2.2 Processus chimiques ........................................................................................ 59
4.2.3 Processus biologiques...................................................................................... 62
4.3 SENSIBILITE DES MATERIAUX AUX PROCESSUS DE VIEILLISSEMENT .......................... 62
4.4 CONSEQUENCES MECANIQUES DU VIEILLISSEMENT DES ROCHES............................... 63
4.5 COMPORTEMENT RHEOLOGIQUE ET VIEILLISSEMENT DES ROCHES ............................ 66
4.5.1 Comportement différé (généralité)................................................................... 66
4.5.2 Essais de fluage................................................................................................ 68
4.6 PARAMETRES INFLUENÇANT LE COMPORTEMENT DIFFERE ........................................ 69
4.6.1 Influence de l’état de contrainte....................................................................... 69
4.6.2 Influence de la vitesse de sollicitation.............................................................. 70
4.6.3 Influence de la température.............................................................................. 71
4.6.4 Paramètres intrinsèques................................................................................... 72
4.7 VIEILLISSEMENT DES TUNNELS ET DES OUVRAGES SOUTERRAINS.............................. 73
4.8