Evaluation des méthodes de calcul des écrans de soutènement à partir du retour d'expérience de grands travaux récents

Evaluation of the calculation methods of retaining wall design based on back-analysis from recent major works

• Auteur / Autrice : Tomasz Daktera
• Direction : Emmanuel Bourgeois, Roger Frank
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géotechnique
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des réseaux. Département géotechnique environnement, risques naturels et sciences de la terre
• Jury : Président / Présidente : Philippe Reiffsteck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Bourgeois, Roger Frank, Anne Pantet, Fabrice Emeriault, Pierre Schmitt, Anna Sieminska-Lewandowska
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Pantet, Fabrice Emeriault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métropole du Grand Paris

Gares

Mécanique des sols

Excavation

Mots clés libres

Excavations profondes

Grand Paris Express

Paroi moulée

Géotechnique

Instrumentations

Deep excavations

Diaphragm wall

Grand Paris Express

Monitoring

Geotechnical engineering

Résumé

Le projet du Grand Paris Express comporte la construction de nombreuses nouvelles gares, réalisées pour la plupart au moyen de parois moulées multi-butonnées. Ce travail propose une analyse des résultats de nombreuses mesures réalisées sur trois gares de la Ligne 15 Sud et une comparaison entre les comportements observés et les résultats de calculs effectués avec la méthode des éléments finis et la méthode du coefficient de réaction. L’objectif est d’améliorer la connaissance du comportement des excavations profondes dans les terrains parisiens, mais aussi de préciser la mise en œuvre des méthodes de calcul, de cerner leurs limites et la précision qu’on peut en attendre, et de lever certaines incohérences entre les différentes approches.La première partie du mémoire présente un état de l’art sur les techniques d’instrumentation disponibles pour suivre le comportement d’un ouvrage géotechnique. Elle relève des exemples concrets d’incohérences entre les méthodes prédictives et des observations sur des fouilles réelles. Deux cas décrits dans la littérature ont été repris puis discutés en détail pour attirer l’attention sur le rôle essentiel de la définition des paramètres d’entrée des modèles.La deuxième partie décrit de manière complète trois fouilles profondes réalisées pour la Ligne 15 Sud du Grand Paris Express : les gares des Ardoines, de Vitry Centre et de Créteil l’Echat. En plus du programme d’auscultation prévu pour ces chantiers, des systèmes d’instrumentation exceptionnels ont été installés dans le cadre de ce travail de thèse pour obtenir des informations sur les pressions à l’interface entre la paroi moulée et le sol, le moment fléchissant dans l’écran et les tassements derrière une paroi moulée lors des terrassements. Les résultats des systèmes d’instrumentation sont comparés entre eux, puis aux modèles prédictifs.Dans la troisième partie, on propose une synthèse de tous les résultats des instrumentations ainsi que des calculs réalisés sur les trois chantiers. Les éléments communs ainsi que les divergences entre les comportements des trois chantiers sont soulignés. La quantité de données collectées permet de tirer des conclusions sur les comportements des butons métalliques ainsi que des parois moulées. On cherche également à proposer des recommandations utiles pour la modélisation de ces ouvrages, en particulier le choix des différents paramètres d’entrée des deux méthodes prédictives, en vue de futurs dimensionnements de ce type d’ouvrage. Enfin, on propose une discussion sur l’organisation du suivi des auscultations sur un chantier de grande ampleur en vue d’améliorer la fiabilité et la compréhension des données d’instrumentation

The Grand Paris Express project involves the construction of numerous new metro stations, where most of the retaining walls are multi-strutted diaphragm walls. This work proposes an analysis of numerous measurements’ results carried out on three stations of the southern section of Line 15 and a comparison between the behaviors observed and the results of calculations by the finite element method and the subgrade reaction coefficient method. The aim is to improve not only the knowledge of the behavior of deep excavations in Parisian soil layers, but also to deepen the understanding of the calculation methods, to define their limits and the precision that can be expected, and to point out inconsistencies between different approaches.The first part of the thesis presents a state of the art on different types of instrumentation systems that can be used to monitor the behavior of geotechnical structures. Specific examples of inconsistencies between predictive methods and instrumentation installed on full-scale excavations have been highlighted. Two case studies described in literature are discussed in detail to draw attention to the essential role of defining the models’ input parameters.The second part thoroughly describes three case studies of deep excavations that are part of southern section of Line 15 of the Grand Paris Express metro extension: Les Ardoines, Vitry Centre and Créteil l'Echat stations. In addition to the monitoring program initially planned for these sites, complementary instrumentation systems were installed as part of this thesis to obtain information on the pressures at the interface between the diaphragm wall and the ground, the bending moments in the diaphragm wall and the settlements behind it during excavation works. The results of the monitoring systems are compared with each other, then with predictive models.In the third part, we propose a summary of all the instrumentation results as well as of the calculations carried out for all three sites. The common elements as well as the differences between the behaviors of the three sites are underlined. The amount of data collected makes it possible to draw conclusions on the behaviors of steel props as well as diaphragm walls. We also seek to introduce useful recommendations for the modeling of this type of structures, specifically the choice of the different input parameters for both predictive methods, with the aim of designing similar structures. At last, a discussion is oriented on the organization of monitoring programs for such large infrastructure projects in order to improve the reliability and understanding of instrumentation data