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Grands travaux et dimensionnement interactif Grands travaux et dimensionnement interactif Grands travaux et dimensionnement interactif Grands travaux et dimensionnement interactif (Paris, 02 d (Paris, 02 d (Paris, 02 d (Paris, 02 dé é écembre 2011) cembre 2011) cembre 2011) cembre 2011) 1 Dominique ALLAGNAT 02 December 2011 The Observational Method Overview of French Practice

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Dominique ALLAGNAT

02 December 2011

The Observational Method

Overview of French Practice

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CONTENTS

1. INTRODUCTION

2. THE FOUNDATIONS OF ENGINEERING STRUCTURES

3. SLOPE OR NATURAL SLOPE STABILISATION

4. GRAVITATIONNAL PRE-LOADING

5. SUPPORT OF EXCAVATED CUTS - EXCAVATIONS

6. TUNNELS

7. SUMMARY

8. CONCLUSION

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Observation :

The Observational Method requires a rigorous process and it is often used “after the event”.

⇒⇒⇒⇒ EXPECTED DIFFICULTIES :

- Contractual and legal aspects

- Definition of technical criteria

1. INTRODUCTION (1/3)

PUBLICATION OF A GUIDE IN 2005

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1) Define the acceptable limits of behaviour

2) Estimate the range of variations to the behaviour

3) Establish a monitoring programme (responsiveness of the observation system)

4) Define a programme for «adaptation » of the works

+«Contractual» anticipation

The design is re-examined during the works (interactive design)with a number of requirements :

PRINCIPLES OF THE MOB(considerations based on the definition of Eurocode 7)

1. INTRODUCTION (2/3)

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1. INTRODUCTION (3/3)

Design, the most probable --

Parameters (effects and uncertainties)

-- Potential adaptations

Instrumentation programme --

Definition of limits

For i = 1 to n Construction step (i)

-- Instrumentation

Analysis of the results from the measurements in step (i)

Adaptation of the structure at the end of step (i)

Limits exceeded

YES

NO

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1. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (1/12)

1) DURING THE CONSTRUCTION PHASE

Adaptation of the foundation according to the observations :

- for the geotechnical context,- for the behaviour of the foundation itself (settlements,

interaction with embankments on compressible soil, ...).

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Road of the Tamarins

2x 2 lanes – 33 km

700 M€

Bridges : 15% of road profile

Bridges : 50% of the cost

St Gilles – Etang Salé

18 VIADUCTS

3 LARGE VIADUCTS

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES(2/12)

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Volcanic geology :

- Superficial screes

- Breccias

-Lava flows : alternating basalt - scoriae – palaeosoils

- Lava tunnels

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (3/12)

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2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (4/12)

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Solution to adapt to heterogeneous soils :

- Foundations on enlarged footings

- Weak stresses beneath the footing

- Controls at the bottom of the excavations

- Adaptations if needed : purges – injections – rigid inclusions

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (5/12)

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Reinforcement of the bedding stratum by rigid inclusions

Top View

Section

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (6/12)

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2) AFTER CONSTRUCTION OF THE STRUCTURE

Observation of the foundation’s behaviour and its effect on the structure :

Monitoring of deformations and their evolution (settlements)

⇓⇓⇓⇓

Adaptations or works to the structure, the design for which was foreseen at the conception stage

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (7/12)

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Geological context :

- Fluvioglacial deposits

- Dense moraines clayey-sandy (Riss)

- Substratum marly limestone at D> 45 m

- Seismic zone

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (8/12)

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Objectives :

• Embedding within the dense moraines.

• Stability for horizontal loads static and dynamic (∆h order of centimetres, for loads V=H).

• Construction conditions allowing the stiffness of the soil to be retained.

Conception of the arch foundations

Possible actions :

• Compensatory hydraulic-jacks

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (9/12)

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Geotechnical model

3D Modelling

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (10/12)

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Excavation with BA concrete supports

Concreting of a borehole

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (11/12)

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Monitoring of the loading of the foundations + creep

- 2 inclinometers to measure the rotation of the foundations.

- 8 displacement sensors to monitor the gap of the hydraulic jacking sections.

- Topographic measurements (X, Y, Z) automatic + prisms.

2. THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES (12/12)

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Optimisation, gradient of the slopes and retaining solutions arrangements.Observations of geological conditions (provisional model) and geotechnics(characteristics, piezometry) ⇒⇒⇒⇒ visual controls

For particular cases, evaluated as more susceptible during the detailed studies (high cuts, valley slopes, …) ⇒⇒⇒⇒ instrumentation

CPI PZ I

Tube inclinométrique

Tube piézométrique

ou

Cellules de pression interstitielle

Repères topographiques

MASQUE OUEPERONS

DRAINANTSEVENTUELS

3. SLOPE STABILISATION (1/3)(EXCAVATED CUTS OR NATURAL SLOPES)

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EXAMPLE: REINFORCEMENT OF A LANDSLIDE

Reinforcement in several stages

- Drainage upstream

- 1st stage reinforcement + drainage

- 2nd stage reinforcement

Complete instrumentation Verification of the drainage efficiency

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 30 60 90 120

150

180

210

240

270

300

330

360

Sta

tic le

vel w

ith r

espe

ct to

TN

in m

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Plu

viom

etry

by

deca

de in

mm

drainage works

Time in days

3. SLOPE STABILISATION (2/3)(EXCAVATED CUTS OR NATURAL SLOPES)

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Effect of the strengthening on the displacement measures

General view of the works at the end of

the 1st stage = 55 % of the prestressed

anchored tie rods (that is 74 % of the

total budget)

-10,0

-9,0

-8,0

-7,0

-6,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0Time in days

Mill

imèt

res

Prof 14 m

Prof 15.5 m

DOWNSTREAM

UPSTREAM200 250 300

End of strengthening

3. SLOPE STABILISATION (3/3)(EXCAVATED CUTS OR NATURAL SLOPES)

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The observations are generally made for two aspects.

• Consolidation (settlements, consolidation time, creep)

- Monitoring of settlements and interstitial pressures ⇓⇓⇓⇓

- Reinforcement of soils, vertical drains, temporary over-loadings, …

4. GRAVITATIONNAL PRE-LOADING (1/2)

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• General stability

- Interstitial pressures

⇓⇓⇓⇓

- Banks, construction in stages, low embankments, reinforcement...A89 WEST ; FRD ABUTMENT CLERMONT ; PROFILE 242

0,0000

10,0000

20,0000

30,0000

40,0000

50,0000

60,0000

70,0000

80,0000

90,0000

100,0000

1 j 10 j 100 j 1000 j 10000 jtime (d)

Set

tlem

ent (

cm)

0,0 m

2,0 m

4,0 m

6,0 m

8,0 m

10,0 m

12,0 m

14,0 m

16,0 m

18,0 m

(NG

F)

tassement calculé tassement mesuré

niveau remblai (NGF) ligne rouge (NGF)

03/0

9/98

25/0

1/99

01/0

2/01

01/0

2/06

01/0

2/11

01/0

2/31

29/0

6/98

residual settlement after 30 ans : 5cm

EMBANKMENT COMPRESSIBLE SOIL

Topographical markers Surface settlement meters Multipoint settlement meter Interstitial pressure cellules

4. GRAVITATIONNAL PRE-LOADING (2/2)

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Effects of the supporting wall on the environment (buildings, infrastructures, …) :

settlements, transversal deformations.

But also :

• Impact on the hydraulic conditions(transparency)

• Lowering of the ground water…

5. SUPPORT OF EXCAVATED CUTS (1/6)

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Observations made with respect to the deformation modelling results (parametric study, effect of the different stages ...) :

- Identification markers - topographic/supporting wall + environment,

- Inclinometer tubes behind the supporting wall,

-Air bubble/ spirit levels...

- Dynamometers

5. SUPPORT OF EXCAVATED CUTS (2/6)

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Longitudinal profile of the tunnel’s head

5. SUPPORT OF EXCAVATED CUTS (3/6)

25 m25 m25 m25 m

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General view at the Northern head of the tunnel (ex cavation = 40 %)

5. SUPPORT OF EXCAVATED CUTS (4/6)

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Instrumentation plan

5. SUPPORT OF EXCAVATED CUTS (5/6)

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Comparison of measurements for predefined limits – M odification of the

strengthening following an over threshold

Point D - Fuseaux de déplacement selon les variatio ns de Module en Nappe Basse avec hypothèse APD

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

100105110115120125130135

Cote terrassement

Ux

[mm

]E = 400 MPa E = 200 MPa Suivi I1Suivi I2 Cible 29

5. SUPPORT OF EXCAVATED CUTS (6/6)

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5. SUPPORT OF DEEP EXCAVATIONS (URBAN)

There are numerous examples for urban projects in large towns (parkings, high towers / Paris, Marseille, Lyon, Monaco…)

* Global application of the Method in only a few cases.

* Difficulty to set the limits for buildings situated in the proximity.

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• Shallow urban tunnels

- Main problem : surface settlements and deformations

- Observations of the neighbourhood, within the ground and within the structure

- Definition of limits

- Works actions : ground improvements, modification of supports, tunnel boring machine parameters,...

6. TUNNELS (1/2)

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• Deep tunnels

- Uncertainties : precise behaviour of the ground, natural constraints,three-dimensional character

- Observations : radial and axial deformations, stresses upon or within the supports

- Works : actions to the supports (convergence-confinement method)

Ur1 Ur2

K2

K1

o

r

σ

σ

K1

K2

Ur

Comportement du terrain

Comportement dusoutènement

6. TUNNELS (2/2)

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(Paris, 02 d(Paris, 02 d(Paris, 02 d(Paris, 02 déééécembre 2011)cembre 2011)cembre 2011)cembre 2011)

GENERAL CONTEXT

In the case of « delicate » geotechnical situations

Involvement of a geotechnician (AVP and PRO studies )

Intervention of a geotechnician (studies + works inthe EXE stage)

CONCEPTION

Optimised Engineering structure

Without concession/securityINTERACTIVE

7. SUMMARY (1/3)

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7. SUMMARY (2/3)

…………. . . . Current practice, easy Current practice, easy Current practice, easy Current practice, easy ………… Frequent, quite easy Frequent, quite easy Frequent, quite easy Frequent, quite easy ........ Not very often, delicate Not very often, delicate Not very often, delicate Not very often, delicate .... Rare, Rare, Rare, Rare,

difficultdifficultdifficultdifficult

1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 6 6 6 6

Foundations Slopes Tunnels

0 Contractual aspects (Anticipation) .. .. … . …1 Acceptable limits Cpt .. .. .. .. …2 Range of variation Cpt .. .. … .. ..3 Monitoring programme (instrumentation) … … …. .. … 4 Technical solutions (alternatives) … .. … .. …

Reinforceme

nts

Compressible

Soils

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7. SUMMARY (3/3)

The main points :

• Definition of the limits « 13,45 mm » !

confusion concerning the predicted/acceptable behaviour (ELS/ELU)

•Deformation measurements Complimentary stress measurements for the reinforcements

• Precision and reliability of real time measurements.

• Deformation measurements are not easy for all geotechnical engineering structures (rigid structures) and sometimes limits are set with very high requirements.

!

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8. CONCLUSIONS (1/2)

Interactive design (Observational Method) :

�Very often evoked� The total Method is still seldomly used or

without anticipation

Requirements : � Rigorous technical framework and contract

Must allow : Better control of risksWork economies (cost, completion date) for susceptible geotechnical structures.�

Final objective : to build the « best engineering structure » for which anticipation and « consistent» geotechnical studies are required.

Reduction Method for risks

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8. CONCLUSIONS (2/2)

The good design conception is like a good film.

• The Producer must be implicated.• The script must be well written.• All the actors must be professional (geotechnician = 1st role).

The objective being to construct the « best engineering structure possible ».

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Le Pont Neuf - 4 centuries

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(Paris, 02 d(Paris, 02 d(Paris, 02 d(Paris, 02 déééécembre 2011)cembre 2011)cembre 2011)cembre 2011)

Repair of a subsiding support in 1890 with numerous « observers »

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