Une expérimentation originale pour étudier l’impact du creusement au tunnelier sur des fondations profondes
Début 2018, le Pôle Géologie, Géotechnique et Dimensionnement du CETU et le Laboratoire de tribologie et de dynamique des systèmes de l’Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat (ENTPE LTDS, UMR CNRS 5513) ont initié le projet de recherche TULIP, avec la Société du Grand Paris Express (SGP ) et l’Université Gustave Eiffel (UGE).
Ce programme de recherche a pour objectif d’analyser et comprendre les mécanismes mis en jeu lors du creusement d’un tunnel au tunnelier à proximité de fondations profondes de bâtiments ou d’ouvrages d’art. Il doit permettre le développement de modèles numériques en mesure de reproduire le comportement d’interaction entre le tunnelier, le terrain et la fondation. D’un point de vue opérationnel, il fournira à la profession des recommandations et des outils à la fois simplifiés et robustes pour pouvoir optimiser la conception des futures infrastructures et améliorer la gestion des risques en phase travaux.
Le cœur du projet est une expérimentation en vraie grandeur (Figure 1) sur la ligne 16 du Grand Paris Express, carrefour Louis Armand à Aulnay-sous-Bois (93). Cette expérimentation est réalisée en collaboration avec Egis Rail et Eiffage, respectivement maître d’œuvre et entreprise mandataire du lot 1 de la ligne 16 du GPE.
Les terrains rencontrés dans ce secteur du projet sont représentatifs d’un grand linéaire de la ligne 16 (Marnes et Caillasses, Sables de Beauchamp, Calcaires de Saint-Ouen). L’épaisseur de couverture est de l’ordre de 17 m. Trois pieux de 50 cm de diamètre ont été réalisés à 2 m du tunnel de la ligne 16 (latéralement ou verticalement). Une charge de 2 300 kN a été exercée sur la tête de chaque pieu afin de simuler le poids d’un bâtiment. Cette charge est exercée grâce à des vérins hydrauliques (Figure 2) prenant appui sur des massifs de réactions constitués d’un empilement de profilés métalliques.
Les cages d’armature des pieux ont été équipées d’une instrumentation exhaustive (96 cordes vibrantes, 12 fibres optiques, 16 accéléromètres) au préalable de la construction des pieux (Figure 3).
De nombreux capteurs ont également été mis en place dans le terrain (5 inclinomètres, 5 extensomètres, 2 cellules de pressions interstitielles) et à sa surface (55 cibles topographiques et 25 accéléromètres). Deux accéléromètres ont également été mis en place dans le tunnelier et sur les derniers voussoirs posés (Figure 4).
Des mesures ont été effectuées sur l’ensemble de ces capteurs lors du passage du tunnelier "Armelle" (d’un diamètre de 9,86 m) début juillet 2020. Celles-ci vont permettre d’évaluer les déplacements et vibrations induits dans le terrain et les pieux par le passage du tunnelier. Ces mesures seront ensuite utilisées pour développer des modèles numériques permettant la prédiction du comportement des pieux dans le cas général (autre contexte géotechnique, autre diamètre ou position des pieux par rapport au tunnel, autre type de pieu…).
Deux thèses sont adossées à ce projet de recherche :
- la thèse d’Agathe Michalski (Figure 5), dirigée par l’ENTPE et le CETU, se focalise sur l’analyse et la modélisation de l’interaction tunnelier / terrain,
- la thèse de Wassim Mohamad, dirigée par l’UGE, porte sur l’analyse et la modélisation de l’interaction terrain / pieux.
Un concours de prévision (« Benchmark ») sera également organisé en 2021 afin de confronter les différentes approches utilisées actuellement par les bureaux d’ingénierie.
In fine, un guide de bonnes pratiques faisant la synthèse des développements réalisés dans le cadre du projet TULIP sera produit. Celui-ci synthétisera les apports essentiels du projet, décrits en détail par ailleurs (publications scientifiques, mémoires de thèse), sous la forme d’un document à destination de la profession.
Contact : nicolas.berthoz@developpement-durable.gouv.fr
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