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Grands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactif
(Paris, 02 d(Paris, 02 d(Paris, 02 d(Paris, 02 déééécembre 2011)cembre 2011)cembre 2011)cembre 2011)1
Dominique ALLAGNAT
02 December 2011
The Observational Method
Overview of French Practice
2Grands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactif
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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
4Grands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactif
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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)
5Grands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactifGrands travaux et dimensionnement interactif
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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
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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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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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Repair of a subsiding support in 1890 with numerous « observers »
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