Le travail de thèse présenté dans ce mémoire vise à analyser et à comprendre les mécanismes mis en jeu au niveau de l’impact du creusement d’un tunnel par bouclier à front pressurisé sur des fondations profondes avoisinantes. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet européen NeTTUN, au sein du Laboratoire de Tribologie et de Dynamique des Systèmes (LTDS) de l’ENTPE. L’approche phénoménologique conduite lors de ces travaux repose sur deux importantes campagnes expérimentales réalisées à l’aide d’un dispositif unique au plan international de modèle réduit 1g de tunnelier à pression de terre (échelle de l’ordre de 1/10eme). La forte originalité de ce dispositif est de pouvoir simuler de façon réaliste les principales étapes du processus tridimensionnel d’excavation mécanisé d’un tunnel. Dans le cadre de cette thèse, le dispositif existant de modèle réduit de tunnelier a dans un premier temps été reconfiguré afin de pouvoir répondre aux besoins du programme expérimental envisagé. Des modèles physiques de fondations profondes (pieux et groupes de pieux) et de barrières de protection ont été conçus dans le cadre des lois de similitude, fabriqués et instrumentés. Deux campagnes expérimentales d’envergure ont été réalisées en massif de sable sec : l’une concerne les effets du passage d’un tunnelier à front pressurisé sur des fondations profondes avoisinantes (pieux, groupe de pieux), l’autre traite de l’efficacité de barrières de protection (parois moulées) utilisées pour limiter ces effets. Différents paramètres qui influencent l’interaction tunnelier - sol - fondations ont été considérés comme la distance relative tunnel / fondation, la pression frontale de soutènement appliquée par le TBM sur le terrain ou encore la hauteur des barrières de protection. L’analyse phénoménologique menée à l’échelle du modèle concerne en particulier l’évolution des champs de contraintes et de déplacements dans le terrain autour du tunnelier, les déplacements relatifs sol - pieu et sol- barrière, la redistribution des efforts au sein des fondations. L’importante base de données et d’analyse ainsi constituée a été mise à profit pour la validation d’outils de modélisation numérique développés par l’Université de Rome au sein du projet NeTTUN. / The major goal presented in this thesis was to analyze and investigate the mechanisms, which are involved in the impact of the tunnels excavated thanks to an Earth Pressure Balanced Shield on nearby deep foundations. This thesis was realized in European project NeTTUN and the work had been done in the Laboratory of Tribology and Systems Dynamics (LTDS) of ENTPE. During these works, phenomenological approach was based on two important experimental campaigns carried out using a unique device at the international level of a 1g scale model of earth-pressure tunnel boring machine (scale of the order of 1 / 10). The state of the art of this device was to be able to simulate in possibly realistic way the main stages of the three-dimensional process of mechanized excavation of a tunnel. In the framework of this thesis, the existing model tunneling machine device was initially reconfigured in order to reach the expectations of the experimental program envisaged. Physical models of deep foundations (piles and groups of piles) and protective barriers were designed under the similitude laws, manufactured and instrumented. The two large-scale experimental campaigns have been carried out in a dry sand massif. The first one concerned the effects of the passage of a pressurized tunnel boring machine on nearby deep foundations (piles, group of piles), whereas another one dealed with the effectiveness of mitigation procedure (diaphragm walls) used to limit these effects. Different parameters that influenced on the tunneling: soil - foundation interaction considered as the relative tunnel / foundation distance, the frontal face pressure applied by the TBM in the field or the height of the protective barriers. The phenomenological analysis carried out at the scale of the model concerned in particular the evolution of the fields of stresses and displacements in the ground around the tunnel boring machine, relatives pile / soil and wall / soil displacements and the redistribution of stresses along the pile foundations. The large database and analysis constituted was used for the validation of numerical modeling tools developed by the University of Rome within the NeTTUN project.

The subject of this thesis is the project of the foundational board and of reinforced concrete walls of the underground office building with respect to the limit state of crack width. There is designed the execution of joints of various parts of the construction against infiltration of groundwater into the interior. The drawing documentation of designed parts is performed there. In the theoretical part, there are logged the design principles and implementation of the white tubs.

The diploma thesis describes design and assessment of foundation of tall building. Existing reinforced concrete slab-pile foundation structure was assessed as unsatisfactory at the ultimate limit state. Design of two new options was processed: slab-pile foundation with adjusted slab thickness and slab foundation without piles. Both options were assessed at the ultimate limit state and the serviceability limit state. Foundation options were designed as water-impermeable structure of white tank and meet requirements for this type of structures.

Vid utvidgning av befintliga hamnar kan den relativt nya metoden stabiliserade/solidifierade (S/S) förorenade muddermassor användas i anslutning till spont. S/S metoden används för att binda föroreningarna fysikaliskt eller stänga in dem samt för att förbättra massornas hållfasthets- och deformationsegenskaper. Istället för att deponera dessa, ofta förorenade, muddermassor till ett högt pris kan det återanvändas i hamnkonstruktionen som ett byggmaterial. Det finns få rapporter som behandlar stabiliserade massor i anslutning till spont och hur de samverkar, vilket gör att det inte finns tydliga riktlinjer för hur metoden ska användas. Dessutom finns det stora osäkerheter kring hur utvecklingen av den odränerade skjuvhållfastheten ökar över tid och hur den kan tas hänsyn till vid projekteringen och därför kan metoden inte utnyttjas på ett effektivt sätt. Den odränerade skjuvhållfastheten utvärderas som halva tryckhållfastheten. Syftet med studien är att kunna prognostisera hur jordtrycket mot en spont beror på de S/S -behandlade muddermassornas egenskaper. Vidare har en projekteringsmetodik till S/S massor i anslutning till spont föreslagits. För att svara på detta har en litteraturstudie gjorts för att samla bakgrundsinformation och skapa en djupare förståelse för ämnet. Därefter gjordes en parameterstudie i FEM-programmet PLAXIS. Resultatet från parameterstudien kunde sedan jämföras med tidigare fält- och laboratorieförsök där egenskapernas förändringar över tid har studerats. Med detta som bakgrund kunde en projekteringsmetodik föreslås. Muddermassorna kan initialt liknas vid en vätska som orsakar ett hydrostatiskt tryck mot sponten. Med tiden kommer massorna härda och därigenom ökar hållfastheten, detta gör så att det horisontella jordtrycket minskar samtidigt som en vertikal pålastning sker vilket ökar det horisontella jordtrycket. Från litteraturstudien kunde det även ses att muddermassornas slutgiltiga hållfasthet och tillväxt beror på bindemedelsmängd och kombination som i sin tur måste anpassas efter muddermassornas vattenkvot och organisk halt. Från parameterstudien kan slutsatsen dras att en av faktorerna som har en större påverkan är hur hög skjuvhållfastheten är efter första härdningen när alla muddermassor har pumpats på plats samt förhållandet mellan skjuvhållfastheten och elasticitetsmodulen och hur de utvecklas. I den föreslagna projekteringsmetoden rekommenderas att dräneringstyp odränerad A och materialmodell Mohr-Coulomb ska användas vid simuleringar. Då det finns så stora osäkerheter kring S/S muddermassor anses materialmodell Mohr-Coulomb vara fullt tillräcklig jämfört med andra mer avancerade modeller då det finns stora osäkerheter kring indatan. Dräneringstyp odränerad A är den mer avancerade dräneringstypen av de tre och tar hänsyn till fler parametrar. Eftersom det kommer ske en utveckling av friktionsvinkel kommer modellen ge en bättre representation. / When expanding existing ports, the relatively new method ofvstabilized/solidified (S/S) contaminated dredged material can be used in connection with a sheet pile wall. The S/S method is used to physically bind the contaminants or trap them and to improve the strength and deformation properties of the masses. Instead of depositing these, often polluted, dredged materials at a high price, it can be reused in the port construction as a buildingmaterial. There are few reports that deal with stabilized masses in connection with a sheet pile wall and how they interact, which means that there are no clear guidelines for how the method should be used. In addition, there are great uncertainties about how the development of the undrained shear strength increases over time and how it can be taken into account in the design and therefore the method cannot be used in an efficient manner. The undrained shear strength is evaluated as half of the compressive strength. The purpose of the study is to be able to forecast how the earth pressure against a sheet pile wall depends on the properties of the S/S-treated dredged material. Furthermore, a design methodology for S/S material in connection with sheet pile wall has been proposed. To answer this, a literature study has been done to gather background information and create a deeper understanding of the subject. A parameter study was also done in the FEM-program PLAXIS. The results from the parameter study could then be compared with previous field and laboratory experiments where the changes in properties over time have been studied. With this as a background, a design methodology could be proposed. The dredged masses can initially be likened to a liquid which causes a hydrostatic pressure against the sheet pile wall. Over time, the masses will harden and thereby increase the shear strength, this means that the horizontal earth pressure decreases at the same time as a vertical loading takes place, which increases the horizontal earth pressure. From the literature study, it could also be seen that the final shear strength and growth of the dredged material depends on the amount of binder and combination, which in turn must be adapted to the water content and the organic content. From the parameter study, it can be concluded that one of the factors that has a greater impact is how high the shear strength is after the first hardening when all dredged materials have been pumped in place and the relationship between the shear strength and modulus of elasticity and the development. In the proposed design method, it is recommended that drainage type undrained A and material model Mohr-Coulomb should be used in simulations. As there are such large uncertainties regarding S/S dredged materials, the Mohr-Coulomb material model is considered to be fully sufficient compared with other more advanced models as there are large uncertainties regarding the input data. Drainage type undrained A is the more advanced drainage type of the three tested and takes the materials friction angle into account. Which will give a better representation.

Η παρούσα διατριβή επανεξετάζει την οριακή ανάλυση ευστάθειας των λίθινων αψίδων. Η οριακή ανάλυση ευστάθειας χρησιμοποιείται σήμερα ως το βασικό εργαλείο αποτίμησης της ευστάθειας τόξων και θολωτών κατασκευών από τοιχοποιία, όπως ακριβώς συνέβαινε και τους τελευταίους τέσσερις αιώνες. Παρά την τόσο μακρόχρονη ιστορία της μεθόδου, δεν έχουν πλήρως διασαφηνιστεί στην επιστημονική κοινότητα θεμελιώδης έννοιες και δεν έχουν σαφώς απαντηθεί ερωτήματα όπως: Ποιες είναι οι φυσικά πραγματοποιήσιμες γραμμές ώθησης και ποιες όχι; Ποια είναι η επίδραση της στερεοτομίας ενός τόξου στην οριακή του ευστάθεια; Ποιος είναι ο ρόλος της αλυσοειδούς καμπύλης και κατά πόσο αυτή είναι μία φυσικά αποδεκτή γραμμή ώθησης; Τι σχέση υπάρχει ανάμεσα στην κλίση της συνισταμένης θλιπτικής δύναμης και στην κλίση της γραμμής ώθησης στο σημείο εφαρμογής της; Η παρούσα διατριβή αναζητά απαντήσεις στα ερωτήματα αυτά, και έχει ως στόχο τη βαθύτερη κατανόηση της οριακής ανάλυσης ευστάθειας των τόξων, με παράλληλη ανάδειξη νέων υπολογιστικών διαδικασιών. Η δομή της παρουσιάζεται συνοπτικά παρακάτω. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται ιστορική ανάλυση της μεθόδου μέσα από παρουσίαση και σχολιασμό των εργασιών με τη σημαντικότερη συμβολή, από τα μέσα του 17ου αιώνα μέχρι σήμερα. Στο δεύτερο κεφάλαιο επανεξετάζεται ένα από τα πιο κλασικά προβλήματα της μηχανικής: ποιο είναι το ελάχιστο επιτρεπτό πάχος ενός ημικυκλικού τόξου υπό τη δράση του ιδίου βάρους του για να είναι ευσταθές. Παράλληλα απαντώνται τα ερωτήματα που τέθηκαν παραπάνω αναπτύσσοντας νέες κλειστές μαθηματικές εκφράσεις των γραμμών ώθησης μέσω γεωμετρικής προσέγγισης, αλλά και μέσω του λογισμού των μεταβολών. Στο τρίτο κεφάλαιο χρησιμοποιείται παρόμοια διαδικασία για την ανάλυση της γενικής περίπτωσης των ελλειπτικών τόξων, οποιουδήποτε γεωμετρικού λόγου ύψος προς βάση, καθώς δεν είναι διαθέσιμα αναλυτικά αποτελέσματα στη διεθνή βιβλιογραφία, όπως συμβαίνει για τα κυκλικά τόξα. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζεται η οριακή ευστάθεια κυκλικών τόξων οποιασδήποτε γωνίας εναγκαλισμού, υπό την ταυτόχρονη δράση του ιδίου βάρους τους και σταθερής οριζόντιας εδαφικής επιτάχυνσης, ενώ υπολογίζεται με ακρίβεια η μορφή που θα έχει ο επικείμενος μηχανισμός κατάρρευσης μαζί με το οριακό πάχος, συναρτήσει της σεισμικής φόρτισης. Τα αποτελέσματα της μαθηματικής ανάλυσης (Κεφ. 2-4) επιβεβαιώνουν την ακρίβεια του λογισμικού που αναπτύχθηκε για τις ανάγκες της διατριβής, καθώς και τα αποτελέσματα που προκύπτουν από εμπορικό λογισμικό της μεθόδου των διακριτών στοιχείων. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται εφαρμογή και σύγκριση των πιο αντιπροσωπευτικών υπολογιστικών μεθόδων που απαντώνται σήμερα στη βιβλιογραφία για την αποτίμηση της ευστάθειας και φέρουσας ικανότητας της υπόγειας Θολωτής Διόδου του Σταδίου της Αρχαίας Νεμέας, ενώ η οριακή ανάλυση ευστάθειας αναδεικνύεται ως ένα μοναδικό εργαλείο για την κατανόηση της αλληλεπίδρασης της κατασκευής με το περιβάλλον έδαφος. Επιπλέων των συμπερασμάτων στο τέλος κάθε κεφαλαίου (Κεφ. 2 έως 5), στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα πιο σημαντικά συμπεράσματα και η συνεισφορά της παρούσας διατριβής. / This doctoral thesis revisits the limit equilibrium analysis of masonry arches. Limit equilibrium analysis is used today as the main analysis method for the assessment of the stability of masonry arches and vaulted structures, and is the outcome of important contributions that happened during the last four centuries. Although this method has a long history and a rich literature, there are still fundamental concepts that have not been thoroughly clarified, such as: What are the physically admissible thrust lines of an arch? How the stereotomy of an arch affects its limit stability? What is the role of the catenary curve (the alysoid)? Is the catenary curve a physically admissible thrust line? What is the relation between the direction of the thrust force and the slope of the thrust line at the point of application of the force? This thesis investigates these questions and aims to a better understanding of the limit equilibrium analysis of masonry arches, and at the same time, to present innovative methodologies and new analysis tools. Chapter 1 presents the work of other authors that have contributed the most to the stability analysis of masonry arches and vaulted structures over the last centuries. Chapter 2 revisits one of the most classical problems of Mechanics—what is the minimum thickness of a semicircular masonry arch subjected to its own weight. At the same time, the analysis presented in this chapter answers to the aforementioned questions through the development of closed-form expressions of the thrust line and the application of calculus of variation. Chapter 3 is focused on the limit equilibrium state of elliptical masonry arches, using the same approaches that were used in Chapter 2. This analysis was motivated from the fact that numerical results have been available in literature only for circular and not for elliptical masonry arches. Chapter 4 computes the location of the imminent hinges and the minimum thickness of circular masonry arches, for every given embrace angle, which can just sustain their own weight, together with a given level of horizontal ground acceleration. The numerical results presented in Chapters 2 to 4 confirm the accuracy of the in-house software that was developed for the needs of this thesis and the results obtained with a representative, commercially available software of the distinct element method. Chapter 5 present a comprehensive structural analysis of the Tunnel-Entrance to the Stadium of Ancient Nemea which ranges from the thrust line limit analysis and the discrete element method, to a 3-dimensional finite-element analysis. Limit equilibrium analysis emerges as a unique analysis method for the assessment of the stability of the structure and its interaction with the surrounding soil. While at the end of every chapter (Chapters 2 to 5) are presented detailed comments and conclusions, Chapter 6 is focused on outlining the most important conclusions and the main contribution of this thesis.

The diploma thesis deals with the design and assessment of reinforced concrete structure supporting two-storey building of the underground garage for cars. In the space above the garage is designed open area with public space. The project was designed especially outer water-impermeable construction method white bath and a base plate and a perimeter wall. The structure was designed as a comprehensive model. Computing analyzed by finite element method. All selected elements were assessed at the ultimate limit state and limit state, namely to limit state of cracking load and forced stress.