La dégradation géométrique de la voie ferrée sur les Lignes à Grande Vitesse (LGV) est un phénomène qui entraîne des coûts de maintenance importants pour assurer une qualité de circulation et de sécurité. Cette dégradation géométrique est imputable, en partie au tassement de la couche de ballast qui constitue l'une des parties de la voie ferrée.Le tassement du ballast est un phénomène difficile à estimer et à prédire car sa nature granulaire et ses caractéristiques particulières entraînent des variabilités de ses propriétés mécaniques. Ce travail de thèse est consacré à l'étude du comportement mécanique du ballast, pour le développement d'un modèle prédictif du tassement sur voie ferrée à partir de la caractérisation mécanique initiale du matériau (grâce à l'utilisation du pénétromètre léger Panda) et des sollicitations auxquelles la voie est soumise. Grâce à l'étude paramétrique développée sur un banc d'essais à échelle réelle, nous avons constitué et validé un modèle de prédiction qui est basé sur une loi de relaxation logarithmique.La modélisation numérique par éléments discrets en utilisant la méthode de la Dynamique des Contacts permet d'étudier les propriétés mécaniques du matériau ballast à l'échelle des grains. L'analyse des déformations transitoires montre une dépendance claire de la déformation moyenne par rapport à la contrainte appliquée et au rapport d'aspect en raison de l'action du frottement aux frontières. Les fluctuations de ces déformations, sont très importantes et semblent évoluer avec la déformation moyenne. Finalement, la pertinence de la caractérisation du ballast à partir de l'essai Panda a été vérifiée à partir d'une étude paramétrique sur les mécanismes d'enfoncement grâce à l'utilisation de cette approche numérique discrète. / Railway track degradation on high-speed lines is a phenomenon which causes high maintenance costs to ensure quality traffic and safety.This geometric degradation is due in part to the vertical strain (settlement) of the ballast layer, which compose the track.The ballast settlement is a difficult phenomenon to estimate and predict because its granular nature and characteristics of this layer induces variability of its mechanical properties.This work is devoted to the study of the mechanical behavior of ballast, to develop a predictive model of track settlement from the initial mechanical characterization of the material (by means a light penetrometer Panda) and the loading on track. By means several test on a full-scale model of railway track, we established and validated a predictive model based on a logarithmic relaxation law. Numerical modeling by discrete element method using the Dynamic Contacts allows to study the mechanical properties of ballast at grain-scale.Transient deformation analysis shows a clear dependence of the average deformation with respect to the stress and aspect ratio as a result of the frictional feedback at the boundaries. Fluctuations of these deformations are significant and seem to evolve with the average deformation. Finally, the relevance of the ballast characterization using the Panda test has been verified by means a parametric study on mechanisms during the penetration process by discrete element method.

When underground openings are constructed, groundwater inflow can occur, which might lead to ground settlements, namely in clay. In these types of construction projects, it is beneficial to be able to quantify risks related to these settlements. A framework developed by Sundell et al. (2019, Risk Analysis, Vol. 39, 105-124) deals with this, in which one part is a statistical settlement model. However, since their model only considers primary compression, a model that accounts for secondary compression (or creep) is necessary to better represent real conditions.In this thesis, an adaptation of Sundell’s et al. (2019) model that includes creep settlement was developed and applied on a focus area of the tunnel project Stockholm Bypass. First, distributions of parameters were created based on data from the project and complementary data from literature. Thereafter, a stochastic model based on an existing creep model was coupled with the Monte Carlo method.A cell where 8 m groundwater drawdown had previously been measured was simulated with the stochastic model. Results from this show wide settlement distribution. Moreover, a scenario with a sudden groundwater drawdown of 6 m was simulated over the entire focus area. Results from the scenario show larger settlements over a larger influence area when creep effects were included compared with simulations without creep effects.The proposed model was also verified against two other creep settlement models. The verification indicates an overestimation in initial settlements, but an underestimation of the excess pore pressure. The proposed model long-term settlement results were within 0.1 m of the compared models. A sensitivity analysis shows that different size of distributions of the permeable parameters and the creep parameters used in the model had low impact on settlement distribution in the presented model. / Undermarksanläggningar kan orsaka grundvattendränering, vilket kan leda till marksättningar. I dessa projekt är det fördelaktigt att kunna kvantifiera riskerna för dessa marksättningar. Ett ramverk utvecklat av Sundell et al. (2019, Risk Analysis, Vol. 39, 105-124) behandlar detta, och inbegriper bland annat en statistisk sättningsmodell. Eftersom modellen endast beaktar primärkonsolidering av jorden, är en modell som även behandlar sekundärkonsolidering (krypning) nödvändig för att bättre representera verkliga förhållanden.I denna uppsats utvecklades och tillämpades en anpassning av Sundells et al. (2019) modell till att inkludera krypsättningar på ett fokusområde i tunnelprojektet Förbifart Stockholm. Först skapades fördelningar av parametrar baserade på data från projektet samt kompletterande data från litteratur. Därefter byggdes en stokastisk modell baserat på en existerande krypmodell kopplat med Monte Carlo-metoden.Med den stokastiska modellen simulerades en punkt där 8 m grundvattensänkning hade skett. Resultatet från denna simulering visar att den beräknade sättningen är varierande. Därutöver simulerades hela fokusområdet för ett scenario med en konstant grundvattensänkning på 6 meter. Resultatet visar större sättningar över ett större påverkansområde när krypeffekter inkluderas jämfört med när de inte gjorde det.Den föreslagna modellen verifierades också mot två andra krypsättningsmodeller. Verifieringen antyder på en överskattning i de initiala sättningarna, men en underskattning av porövertrycket. Den föreslagna modellens långsiktiga sättningar låg inom 0,1 m jämfört med de andra modellernas sättningar. Genom en sensitivitetsanalys erhölls att storleken på variationskoefficienten hos permeabilitetsparametrar samt krypparametrar använda i modellen inte hade någon större påverkan på fördelningen av sättningar i den presenterade modellen.