Plan
• Introduction
• Les types de murs de soutènement
• Dimensionnement des ouvrages de soutènement
• Modélisation des ouvrages de soutènement
• Justification de la stabilité
• Combinaisons d’actions selon les Eurocodes
• Stabilité interne
• Stabilité d’ensemble
• Stabilité au poinçonnement : ELU et ELS
• Stabilité au glissement : ELU
• Stabilité au renversement : ELU et ELS
• Récapitulation des coefficients de sécurité
• Rôle de l'eau : stabilité à court terme et
stabilité à long terme
• Calcul des efforts de poussée-butée
• Prédimensionnement d’un mur
cantilever (voile)
1 Introduction
_ Les murs de
soutènement servent à retenir le sol lorsque les besoins d’espace sont
importants, en milieu urbain notamment, ou lorsque le terrain est escarpé.
_ La pente que
suppose la construction d’un talus occasionne généralement une perte d’espace,
que le mur vertical permet de récupérer.
_ Le mur peut également servir de butée pour des
pentes naturelles instables.
_ La réalisation d’un
mur de soutènement s’accompagne de la mise en place de remblais derrière
l'ouvrage ou par extraction des terres devant celui-ci.
_ Il existe de
nombreux types d'ouvrages de soutènement, qui ont été conçus pour répondre aux
situations les plus diverses. Ils se distinguent principalement par :
- leur morphologie ;
- leur mode de fonctionnement ;
- les matériaux qui les constituent ;
- leur mode d'exécution ;
- leur domaine d'emploi privilégié (urbain,
montagneux, aquatique...).
_ Tous ces ouvrages
ont en commun la force de poussée exercée par le massif de sol retenu.
_ Si l’on excepte les
techniques de soutènement de type « terre armée » ou parois ancrées, on peut
classer les ouvrages de soutènements en deux catégories :
- Les ouvrages rigides, pour lesquels la
surface en contact avec le terrain est indéformable. Les contraintes sont
dictées par les déplacements. Les murs de soutènement classiques sont les ouvrages
les plus courants de cette catégorie.
La poussée est reprise par le poids de
l'ouvrage (murs poids) ou par encastrement de l'ouvrage dans le sol (murs en
béton armé). Dans ce dernier cas, le poids des terres participe à la stabilité
de l'ouvrage par l'intermédiaire de la semelle.
- Les ouvrages souples, pour lesquels la
surface de contact est déformable :
Les contraintes dépendent non seulement des
déplacements de l’écran de soutènement mais aussi de ses déformations propres
(interaction sol/structure).
L’ouvrage type représentatif de cette catégorie
est le rideau de palplanches.
Pour ce type de soutènement, la poussée est
reprise soit par encastrement de l'ouvrage dans le sol, soit à l'aide
d'ancrages.
2 Les types de murs de soutènement
_ En considérant les
murs rigides, Il existe quatre types principaux de murs de soutènement :
- le mur poids ;
- le mur cantilever ;
- le mur à contreforts ;
- le mur à caissons.
_ Le mur poids est le
plus ancien est le plus simple à construire. Il ne comporte pas d’armature en
acier. Sa stabilité est assurée par son poids et sa largeur
Dimensionnement et caractéristiques
techniques :
– épaisseur minimale à la base 60 cm ;
– épaisseur maximale à la base 75 cm ;
– hauteur maxi 1.35 m ;
Le mur cantilever
_ Le mur cantilever
est appuyé sur une large semelle filante. Ce mur en porteà- faux est
relativement mince et nécessite une armature en acier. Sa stabilité est assurée
par la semelle chargée de sol du coté amont ainsi que par son propre poids. Le
sol s’appuyant sur le mur du côté aval de même que la butée optionnelle placée
sous la semelle s’opposant aux forces de glissement.
Mur à contreforts
_ Le mur à
contreforts ressemble au mur cantilever à l’exception des contreforts qui
permettent de réduire son épaisseur. Les contreforts sont placés à intervalles
réguliers, l’espacement idéal correspondant à là de mi-hauteur du mur. La
stabilité du mur à contreforts est assurée par le poids du sol sur la semelle
et le poids du mur sur lui-même.
Mur à caissons
Mur à caissons
_ Le mur à caissons
est constitué par un ensemble de boîtes alignées superposées ou non. Chaque
boîte ou caisson est remplie de sol, de pierres ou d’un autre matériau de poids
volumique élevé. La stabilité du mur est assurée par le largueur des caissons
et le poids du matériau de remplissage.
3 Dimensionnement des ouvrages de soutènement
_ Le dimensionnement d'un ouvrage de soutènement consiste à
déterminer les éléments géométriques et structuraux afin qu'il soit stable sous
l'action des forces qui lui sont appliquées et notamment de la poussée des
terres qu'il retient.
_ Les méthodes de dimensionnement classiques reposent sur des
calculs à la rupture avec prise en compte de coefficients de sécurité.
_ Dans la suite de ce cours, on s’intéresse aux ouvrages « rigides » (murs
poids, murs en béton armé) et on fait référence aux prescriptions de l’Eurocode
7.
_ Dans le cas des parois souples (rideaux de palplanches, parois
moulées,...), le dimensionnement de l'ouvrage se fait par un calcul en
déformation: interaction sol/structure.
Les forces agissant sur le mur sont :
_ le poids propre du
mur dont le point d’application est le centre de gravité de celui-ci ;
_ la résultante des
forces de poussée des terres ;
_ la résultante des
forces de butée côté aval ;
_ la réaction du sol
d’assise.
A ces forces peuvent également s’ajouter :
_ les résultantes des
forces hydrostatiques sur les parements amont et aval et sous la semelle en cas
de présence d’une nappe au repos ;
_ les résultantes des
forces d’écoulement en cas de présence d’une nappe en mouvement ;
_ des forces concentrées en certains points
(tirants d’ancrage par exemple).
4 Modélisation des ouvrages de soutènement : mur cantilever
La poussée des terres s'applique à travers une
ligne de glissement qui délimite avec l’ouvrage une zone du sol (ABO) dite «
coin mort ». Cette zone n'entre pas en déplacement et participe à la résistance
du mur par le poids qu'elle exerce sur la semelle du mur.
Le calcul d'un mur cantilever suppose
l’existence d’un coin mort de sol qui fait partie intégrante du mur. On
détermine alors la force de poussée qui s'exerce sur l'interface entre le sol
et le coin mort.
Deux modèles de coin mort sont utilisés selon
la position de la ligne de glissement.
Deux surfaces de glissement passant par l’arête
B du talon apparaissent en poussée active. Pour simplifier, il est admis que
ces surfaces de glissement sont planes. Leurs traces sur le plan sont les deux
droites :
_ La méthode qui
consiste à prendre en compte un écran fictif à partir des plans de glissement
est applicable pour la vérification de la stabilité externe.
_ Pour le calcul de
la résistance interne d’un mur de soutènement, il est d’usage de considérer que
les poussées s’appliquent directement sur le parement du mur avec un angle
d’inclinaison d sur la normale, d
est choisi en fonction de la rugosité de ce parement, ou du
tassement relatif possible entre le mur et les terres en amont.
_ Les méthodes de
détermination de la poussée ne doivent pas être contradictoires à l’Eurocode 7
et ses normes d’application.
5 Justification de la stabilité
_ Pour qu’un mur de
soutènement soit stable, il ne doit ni glisser ni se renverser sous l’effet des
forces latérales.
_ Certaines de ces
forces sont des forces de renversement, comme la poussée active ; d’autres sont
des forces stabilisatrices, comme le poids propre du mur ou la poussée passive
s’exerçant du côté aval du mur.
_ Plusieurs modes de
rupture doivent être envisagés. La vérification doit être conduite pour chacun
d'entre eux.
_ Parmi les modes de
rupture possibles, on distingue :
- La stabilité interne (rupture des éléments
constitutifs de l'ouvrage sous l'action des forces extérieures, voir cours
béton armé)
- La stabilité externe (renversement,
instabilité d'ensemble, poinçonnement, glissement).
L’Eurocode
7 identifie les
mécanismes de ruine ou les désordres susceptibles d’affecter
les ouvrages courants couverts par la norme (NF P94-281), en sites hors d’eau.
_ Concernant les murs de soutènement, ce sont :
- la ruine par défaut de capacité
portante du sol de fondation, qui se traduit par un poinçonnement du sol support
ou une rotation excessive du mur avec renversement;
- la ruine par glissement du mur sur sa
base, causée par une insuffisance de résistance mobilisable à l'interface entre
la base du mur et le terrain ;
- la ruine liée à une instabilité générale du
site, le mur peut périr dans ce cas par déformation inacceptable consécutive à
un grand glissement le long d’une ligne de rupture extérieure au mur;
- la ruine par rupture interne du mur, due à
une insuffisance de la résistance structurale des éléments qui le constituent
(voile, semelle ou leur jonction).
_ Différents ELU sont à considérer pour les murs de soutènement.
Aucun de ces états limites ne doit être atteint au cours de la construction du
mur et de sa durée d'utilisation prévue.
_ Les ELU comprennent :
- la perte d'équilibre de la
structure ou du terrain (EQU)
;
- la rupture interne ou la
déformation excessive de la structure ou d'éléments de structure (STR), tels que les semelles et les
voiles ;
- la rupture ou déformation
excessive du terrain (GEO)
;
- le soulèvement global de la
structure ou du terrain provoqué par la pression de l'eau (poussée d'Archimède)
ou par d'autres actions verticales (UPL) ;
- le soulèvement local du terrain,
érosion interne ou érosion régressive du terrain, sous l'effet des gradients
hydrauliques (HYD).
