Construire la ville de demain et protéger l'existant
Le laboratoire propose une démarche pluridisciplinaire et multi-échelle permettant de traiter l’ensemble des étapes de la conception des ouvrages de fondation, de soutènement et souterrains en zone urbaine. Des études expérimentales et numériques sont menées pour atteindre ces objectifs et lever les verrous scientifiques identifiés. Des bases de données dont le laboratoire est dépositaire (essais de fondations profondes réalisés par les équipes de Michel Bustamante et de ses successeurs, essais de fondation superficielles menés par Yves Canépa et ses collaborateurs puis le laboratoire SRO) et des méthodes de calcul servent de socle aux recherches menées actuellement.
Une partie des efforts de recherche est consacrée au développement de méthodes d’ingénierie robustes et simples pour analyser le comportement des ouvrages (pieux, fondations superficielles, etc.) sous charges monotone et cycliques. Ces méthodes sont basées sur la proposition de courbes de dépendance du module élastique avec la déformation du sol et de courbes « cycliques » de transfert de charge t-z et p-y c’est-à-dire permettant d’exprimer la dégradation cyclique en fonction de la sévérité des cycles et du nombre de cycles. Cette démarche a été initiée dans le cadre du projet PN ARSCOP avec l'ENIT. Dans le cas des parois, une étude est en cours avec Solétanche Bachy avec le concours de la SGP sur l’évolution du coefficient de réaction avec la sollicitation cyclique. Dans le cadre d'un projet collaboratif FUI avec le laboratoire Navier, les sociétés Fondasol et Sol-Solution, ces méthodes sont appliquées pour la conception des fondations superficielles.
La mesure (en continu ou ponctuelle) des déformations des ouvrages par fibre optique apparaît comme une alternative judicieuse aux méthodes classiques (jauges, cordes vibrantes, etc.). En effet, cette technique ne nécessite pas d’entretien de matériel : la réactivité face au besoin est donc très grande. Si de prime abord, cette technique de mesure semble très attirante (en mesure répartie ou ponctuelle), il reste néanmoins de nombreux points à éclaircir :
La fragilité de la fibre : quel est le nombre minimum de lignes à placer dans le pieu pour obtenir, de façon répétée, une mesure des déformations toute hauteur ?
Quelle est la méthode de fixation de la fibre optique la plus adaptée ? (simple collier, tube de réservation dédié ?)
Quel est la précision de la mesure (si la technologie utilisée n’est pas la technologie Bragg) ? en particulier peut-on échantillonner la mesure de façon à obtenir une précision plus grande qu’avec l’extensomètre amovible ou les capteurs locaux (notamment pour la détermination de la résistance en pointe).
Il est donc nécessaire, afin de valider cette méthode de mesure pour l’application à la mesure des déformations dans les ouvrages et pour le cas des pieux à l’estimation des frottements unitaires et des coefficients de pointes, de la confronter à une méthode éprouvée et reconnue telle que celle de l’extensomètre amovible.
PROJETS
Le projet E-PILOT “Etude de l'impact sur les PIeux LOrs du passage d'un Tunnelier” (2022-2026) est un projet de recherche financé par l'ANR qui regroupe dix partenaires publics et privés. Il est coordonné par Alain Le Kouby, chercheur du laboratoire SRO.
Les centres urbains des grandes villes du monde entier se densifient progressivement en raison de l'énorme croissance démographique de ces dernières années. Ces changements mettent à rude épreuve les infrastructures existantes, nécessitant l'expansion ou la construction de nouveaux réseaux de transport souterrains. En France, c'est notamment le cas du projet du Grand Paris Express et de l'extension du métro de Toulouse.
Les travaux d'excavations souterraines ont un impact sur le mouvement des terres avoisinantes jusqu'en surface. Le creusement de nouveau tunnels a donc de potentielles conséquences sur des structures existantes, leur intégrité et la sécurité des usagers, en particulier dans le cas de structures fondées sur pieux. Ces conséquences néfastes pourraient être limitées ou contrôlées de manière significative en prédisant le comportement des fondations pendant et après les phases d'excavation et de construction du tunnel, puis lors de la phase d'exploitation. De tels progrès permettraient notamment de limiter l'impact financier lors des phases de construction et l'amélioration les performances environnementales des projets d'infrastructure.
Ce projet vise à améliorer la compréhension et la maitrise des phénomènes liés au creusement des tunnels et leurs impacts sur les structures existantes, à la fois pendant la phase de construction et pendant la phase d'exploitation du tunnel. À l'heure actuelle les retours d'expérience et les analyses post-enquête de la profession et des chercheurs soulignent l'impact potentiel du creusement de tunnels sur les structures existantes en termes de tassement et l'impact dû aux vibrations transmises par le sol pendant la construction et l'exploitation du tunnel.
Ces sujets de recherche ont été identifiés comme nécessitant un travail de collaboration entre professionnels et universitaires. Ils peuvent être regroupés en deux thèmes de recherche :
Améliorer la modélisation et la conception optimisée de la réponse des pieux au creusement de tunnels et à l'exploitation ferroviaire des tunnels à partir de nouvelles données,
Améliorer la modélisation numérique et analytique de la propagation des vibrations induites transmises par le sol dans des domaines géologiques complexes.
Le projet TULIP (Tunnelling and Limitation on the Impacts on Piles) couvre principalement le point 1) et partiellement le point 2). Le projet E-PILOT permettra de compléter l'intégration des données de la littérature et des nouveaux projets, d'améliorer les méthodes numériques et analytiques consacrées aux effets de modélisation pour le creusement de tunnels et la propagation des vibrations transmises par le sol.
Le projet E-PILOT est associé au projet TULIP et s'inscrit dans une démarche globale d'adaptation de l'aménagement du territoire aux exigences du développement durable. Il vise à étudier la réponse des pieux au creusement de tunnels et également au trafic ferroviaire dans les ouvrages souterrains. Il s’intéresse donc non seulement aux effets quasi-statiques liés au creusement, mais aussi aux effets dynamiques induits par les vibrations transmises par le sol lors du creusement et de l'exploitation des tunnels.
Un programme d'essais original et unique a été élaboré portant sur l’auscultation de structures souterraines, ainsi que de nouveaux essais in situ et essais en laboratoire pour améliorer le processus caractérisation des sols pendant la phase de creusement des tunnels.
Le projet ASIRI plus s'intéresse au comportement des sols renforcés par inclusions rigides, notamment lorsqu'ils sont soumis à des sollicitations dynamique et sismique.
Le projet ARSCOP "Nouvelles Approches de Reconnaissance des Sols et de Conception des Ouvrages géotechniques avec le Pressiomètre” dont le laboratoire SRO est le coordinateur (P. Reiffsteck) avec S. Burlon, a démarré en 2015 suite au dépôt de l’étude de montage (étude de faisabilité validée par le RGCU le 10 juillet 2014). Ce projet vise à traiter la reconnaissance des sols, la prévision des déformations des ouvrages géotechniques ainsi que l’estimation des résistances des fondations superficielles et profondes.
Le pressiomètre est, en France, à la fois un outil de reconnaissance des sols et un fondement essentiel de l’ingénierie géotechnique. L’amélioration des pratiques liées à l’utilisation de cet outil constitue un enjeu majeur pour la profession pour permettre, d’une part, de consolider les acquis existants en France et, d’autre part, promouvoir l’outil et ses méthodes de calcul à l’international. Les avis des experts français et étrangers ayant audité cette étude de faisabilité, mettent en évidence également tout l’intérêt que suscite cette méthode et l’importance de ce projet. Le montage d’un projet national permettant de fédérer toutes ces actions montre donc toute sa pertinence
Le projet FUI EMeRG3r “Élaboration des Méthodes et techniques pour la Reconnaissance Géotechnique de 3ème généRation” (2017-2022) vise à finaliser le développement d’un nouvel outil facile d’usage : un pénétromètre dynamique avec une résolution (nombre de mesures par cm de sol), une puissance de caractérisation (nombre de paramètres) ainsi qu’une automatisation (analyse des paramètres) qui permettra de prédire le comportement géomécanique d’un sol avec une très haute fiabilité tout en conservant une utilisation rapide et facile sur le terrain (même difficile d’accès).
Il s'agit également de développer des guides et méthodes d’utilisation des deux équipements pour quatre applications : le diagnostic d’ouvrages linéaires en service, l’analyse du risque de liquéfaction, la classification sismique des sols, l’étude géotechnique pour le dimensionnement des fondations.
Le projet Tulip, piloté par la Société du Grand Paris et auquel participe le laboratoire SRO, a permis de réaliser une expérimentation originale en vraie grandeur afin d’évaluer l’influence du passage d’un tunnelier sur des fondations profondes. L’expérimentation a eu lieu en 2020, sur le tracé de la future ligne 16 du Grand Paris Express, à Aulnay sous Bois.
Une analyse détaillée d’une partie des mesures effectuées dans le cadre de ce projet et une approche originale de modélisation numérique par éléments finis du creusement au tunnelier, plus simple à mettre en œuvre et à calibrer que les approches classiques vie le solveur CESAR ont été réalisées par W. Mohamad dans le cadre de sa thèse.
Le projet a donné lieu à un exercice de prévision de la réponse d’un pieu instrumenté, et les résultats ont été présentés lors d’une Demi-journée Scientifique et Technique du CFMS.