Conception et dimensionnement du revêtement des tunnels

CHEC Conception et dimensionnement du revêtement des tunnels Michel Pré 2015-2016

CHEC Conception et dimensionnement du revêtement des tunnels 1 e partie tunnels construits en méthode conventionnelle Michel Pré 2015-2016

Rôle général du revêtement 3

Cas où le revêtement joue un rôle de soutènement pour la reprise de certains efforts : (i) massif encaissant ayant un comportement différé très actif (fluage du terrain à long terme, gonflement) (ii) lorsque l action du soutènement est supposée diminuer dans le temps: le revêtement prend le relais du soutènement (iii) lorsque le tunnel est situé en zone sismique active (chute de blocs, ) (iv) lorsque la charge hydraulique est importante (revêtement étanche) 9

Critères généraux de conception et de dimensionnement Aptitude au service: géométrie étanchéité, drainage Sécurité structurale: rôle de soutènement, à court terme, à long terme tenue au feu tenue aux séismes 10

Pratique de la détermination des combinaisons d action sur les revêtements de tunnels Détermination des valeurs «caractéristiques» des paramètres du terrain une valeur caractéristique est une estimation prudente de la valeur du paramètre, définie à partir: de l étude géologique des valeurs données par les essais de la variabilité des paramètres ainsi que de la sensibilité du calcul à cette variabilité de l importance de la zone de terrain influencée par la réalisation de l ouvrage du mode de réalisation et du phasage de construction qui conditionnent le comportement du terrain encaissant de la méthode de dimensionnement envisagée du retour d expérience du comportement de tunnels dans des contextes géotechniques similaires ou proches 11

Pratique de la détermination des combinaisons d action sur les revêtements de tunnels Calcul des sollicitations dues à l interaction avec le terrain à partir des valeurs caractéristiques des paramètres géomécaniques, sans appliquer de coefficient de pondération à ces valeurs caractéristiques. Valeur des sollicitations: E = E ( G G, Q Q ) avec: G =1 ; Q = 1,11 à l ELU, valeur de calcul: E d = 1,35 E (sauf situations accidentelles) vérification à l ELS pas nécessaire, l aptitude de la structure au service étant assurée par sa conception même. 12

Béton non armé en tunnel difficultés de mise en œuvre d armatures dans le béton coffré en tunnel caractère non déterminant de la fissuration pour la stabilité du béton non armé en tunnel usage général du béton non armé 13

Tunnel de Chavanne 16

Tunnel de Zaouiat - Maroc 17

Béton non armé en tunnel: composition et conditions de mise en œuvre limitation de l exothermie et du retrait, tout en restant compatible avec les cycles de bétonnage => mixte CEM I/CEM II 350 kg/m3 max épaisseur minimum: 20 à 30 cm fortes épaisseurs difficiles à vibrer (vibreurs extérieurs au coffrage pas de joints de retrait (inutiles), mais plots de bétonnage limités à 8 à 10 m 20

Béton non armé: vérification en flexion composée à l ELU c bc h w x 0,8x Déformation Contraintes (diagramme rectangle) N Rd e h 2 w f cd. b. h w 0,8 x 2.(1 2 0,3h e h w w ) pour avec x e 0,5h M N w Ed Ed 22

Béton non armé: vérification en flexion composée à l ELU f cd = cc,pl. f ck / c avec: c =1,5 en situation durable et transitoire, 1,2 en situation accidentelle cc,pl. = 1 pour des revêtements provisoires, ou pas trop minces (> 30cm pour des diamètres inférieurs à 6 m, > 40 cm au-delà). Dans le cas contraire, cc,pl. = 0,8 N Ed = 1,35 N M Ed = 1,35 M V Ed = 1,35 V Dans le cas d effort normal faible, inférieur à : N Rd0 = 1,35. 0,02 bh w f cj il n y a pas lieu de procéder à une vérification particulière. 23

diagramme d'interaction ELU sans dimensions 0.0900 0.0800 0.0700 m = MEd/(b.hw².fck) 0.0600 0.0500 0.0400 0.0300 0.0200 0.0100 0.0000 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 n = NEd/(b.hw.fck) 24

Béton non armé: vérification de l effort tranchant à l ELU Condition issue de l Eurocode: Sd f ctd ² cm f ctd avec Sd 1,5 Vu y b u cm Nu y b u f ctd f avec f ct 0.05 / c ct0.05 0,7 ctm 0,7 0, 3 f x f 2/3 cj 25

Exemple de ferraillage partiel: 26

CHEC Conception et dimensionnement du revêtement des tunnels 2 e partie tunnels construits au tunnelier Michel Pré 2015-2016

Exemple d un tunnel réalisé au tunnelier : tunnel TGV de Villejust 28

Voussoirs préfabriqués dans l emprise de la jupe d un tunnelier 30

Contacts circonférentiels ou transversaux Contacts radiaux ou longitudinaux 33

Exemple de coffrages de joints 37

Paramètres de calcul des sollicitations dans l anneau (1) 38

Extrait de la recommandation convergence confinement : 41

Principes d armatures de voussoirs effet des pressions radiales en phase définitive: 42

effet des poussées des vérins: 43

Voussoirs en béton renforcé de fibres métalliques (BRFM) diam. 0.4 à 0.6 mm, long. 15 à 40 mm Distribution des fibres dans la matrice 44

Voussoirs en béton renforcé de fibres métalliques (BRFM) Situation de dimensionnement Ovalisation de l anneau par poussée du terrain et interaction sol-structure Compression localisée aux points d assemblage entre voussoirs, zones d appui des patins, etc Démoulage et stockage Transport et manutention Réactions d appui concentrées d un voussoir sur un autre Tractions par retrait différentiel Les fibres peuvent-elles remplacer les armatures? À vérifier par des essais À vérifier par des essais : un complément d armatures est le plus souvent nécessaire À vérifier par des essais Oui Non, en général; peut éventuellement être vérifié par des essais Oui 45

Voussoirs en béton renforcé de fibres métalliques (BRFM) 1. Dimensionnement selon le Model Code 2010 de la fib portant sur les bétons fibrés: prise en compte d un comportement post-fissuration, selon une loi (traction vs ouverture de fissure) du type: 2. Essais de convenance 3. Essais de contrôle 46

Voussoirs en béton renforcé de fibres métalliques (BRFM) Types d essais : Flexion 3 points pour la loi de comportement post fissuration Essais sur voussoirs complets 47