Plan
• Introduction
• Exemples
• Les causes de rupture de talus
• Glissement d'un massif infini sur plan
• Prescriptions de l'Eurocode 7 : états limites
• La méthode des tanches
• Vérification de l'ELU GEO vis-à-vis de
l'Eurocode 7
1 Introduction
_ De manière simplifiée on peut considérer quatre familles de
mouvements de terrain :
- glissements,
déplacement d’une masse de matériaux le long d’une surface de rupture,
- mouvements sans surface de
rupture, fluage, mouvement lent dans la masse, solifluxion,
- écroulements et chutes de blocs,
- coulées boueuses et laves
torrentielles (mouvement fluide de suspensions de matériaux).
_ La stabilité des terrains intéresse aussi bien les pentes
naturelles que les talus artificiels.
_ Pour l’étude de
stabilité des talus, on fait appel à un calcul à la rupture avec coefficients
de sécurité partiels aux états limites. Seuls les Etats Limites
Ultimes sont considérés.
_ Les méthodes de
calculs à la rupture ne fournissent aucun renseignement sur les déplacements
des sols et leur influence sur les tassements de surface et les avoisinants.
L’étude des déformations aux états limites de service nécessite une analyse
structurale (de type éléments finis par exemple) de tout le massif.
_Les problématiques
et les éléments à considérer en stabilité des talus sont :
- Nature, épaisseur, résistance à la rupture et
déformabilité horizontale et verticale des différentes formations, résistance
de cisaillement des sols (cohésion et angle de frottement, intrinsèques et/ou
résiduels), masse volumique, paramètres de frottement latéral dans les cas
d’introduction d’éléments résistants.
- Conditions hydrogéologiques, circulation des
eaux souterraines et évacuations, perméabilité des sols, analyse chimique de
l’eau (agressivité).
- Caractéristiques et sensibilité des ouvrages
s’inscrivant dans la Zone d’Influence Géotechnique (ZIG). Surcharges en phases
provisoires et définitives.
2 Exemples
Glissement plan
Rupture en cercle
Rupture d'ensemble après travaux
Rupture d'un remblai sur sol mou
3 Les causes de rupture de talus
Changement des sollicitations :
- surcharge en tête
de talus (construction)
- travaux en pied de
talus (tranchée)
- séismes ou
vibrations intenses (battage de palplanches)
Modification des conditions hydrauliques :
- pluies intenses
(mise en charge de la nappe)
- problèmes de
drainage (colmatage)
- variation rapide
des conditions aux limites (vidange rapide d’un barrage)
Diminution des caractéristiques mécaniques
La résistance au cisaillement peut diminuer
avec les déformations.
On distingue ainsi deux résistances au
cisaillement.
- La résistance de pic tpic
- La résistance résiduelle trés
4 Glissement d'un massif infini sur plan
Sol cohérent et frottant
Sol frottant
5 Prescriptions de l'Eurocode 7
5 Prescriptions de l'Eurocode 7 : états limites
_ Les remblais et
talus doivent remplir des exigences en termes de stabilité, déformation
limitée, durabilité et limitation des dommages crées aux ouvrages et réseaux
avoisinants.
_ Les états limites
suivants doivent être pris en compte :
- instabilité générale ou défaut de capacité
portante ;
- rupture par érosion interne ;
- rupture par soulèvement hydraulique ;
- déformations du remblai ou du talus et des
terrains qui les portent ;
- éboulement de rochers ;
- érosion de surface.
5 Prescriptions de l'Eurocode 7 : actions
et situations de calcul aux états limites
_ En plus des actions
ordinaires, on doit tenir compte des éléments suivants :
- les effets de la submersion, des vagues et
des pluies sur les talus et la crête des remblais (érosion) ;
- les effets de la température sur les talus
des remblais (retrait) ;
- les activités animales qui provoquent le
colmatage des drains ou la formation de trous dans le terrain.
_ Le niveau de calcul
de l'eau libre doit être choisi à partir des données hydrologiques disponibles
afin de produire les conditions les plus défavorables possibles dans la
situation de calcul considérée. La possibilité d'une rupture des drains, des
filtres doit être prise en compte.
_ Les conditions
hydrauliques les plus défavorables pour les remblais en bord d'eau correspondent
au niveau le plus élevé de l'eau dans le remblai et à un abaissement rapide du
niveau de l'eau devant le remblai.
_ Il faut considérer
aussi l'anisotropie et la variabilité du sol lors de la détermination de la
pression interstitielle.
5 Prescriptions de l'Eurocode
7 : Calcul à l'état limite ultime; instabilité d'ensemble
_ Tous les modes de rupture possibles doivent être pris en compte.
_ Lorsque le terrain ou le remblai est homogène et isotrope, il est
suffisant de choisir des surfaces de rupture circulaires.
_ L'équilibre du corps délimité par une surface de rupture éventuelle
doit être vérifié en utilisant des valeurs de calcul des actions et des
paramètres de résistance au cisaillement conformes avec les recommandations de
l'Eurocode 7.
_ Pour les sols sans anisotropie significative de résistance, la méthode des tranches peut être utilisée.
_ La méthode utilisée doit vérifier la stabilité d'ensemble en
termes de moment et d'équilibre vertical de la masse en mouvement.
_ Pour le calcul de stabilité d'ensemble des talus et des remblais,
on peut généralement utiliser les approches 2
ou 3.
_ A moins qu'il existe une incertitude anormale sur la densité du
sol, il n'est pas nécessaire de distinguer les charges gravitaires favorables
et défavorables dans les calculs de stabilité des talus.
5 Prescriptions de l'Eurocode 7 : calcul à
l'état limite ultime ; déformations
_ Le calcul doit
montrer que la déformation du remblai ou du talus ne provoquera pas des
dommages sévères aux ouvrages réseaux de communication et équipements situés
sur ou au voisinage du remblai ou du talus.
_ Comme les méthodes
analytiques et numériques disponibles actuellement ne donnent généralement pas
des prévisions fiables des déformations des talus avant rupture, l'occurrence
des états limites ultimes peut être évitée, soit :
- en limitant la résistance au cisaillement
mobilisée ;
- en observant les mouvements et en prenant des
mesures pour les contrôler si cela devient nécessaire.
5 Prescriptions de l'Eurocode 7 : calcul à
l'état limite ultime : érosion superficielle, érosion interne et soulèvement
hydraulique
_ Les mesures les
plus couramment utilisées sont :
- le contrôle de l'écoulement de l'eau dans le
terrain ou le remblai ;
- la mise en place de filtres de protection ou
de filtres inverses ;
- le revêtement des talus ;
- l'installation de puits de décharge ;
- la réduction du gradient hydraulique.
5 Prescriptions de l'Eurocode 7 : calcul à
l'état limite de service
_ Le calcul doit
montrer que les déformations du remblai ou du talus ne provoqueront pas
l'interruption du service des ouvrages, routes et équipements situés sur ou au voisinage
du remblai ou du talus.
_ Il convient de
tenir compte des éventuelles déformations dues aux variations des conditions de
l'eau souterraine.
_ Il convient
d'accorder une attention particulière aux éventuels tassements de consolidation
à long terme dus aux variations de la teneur en eau du matériau de remblai ou
du terrain sous remblai.
5 Prescriptions de l'Eurocode 7: approches
de calcul
_ Les approches de
calcul de l'Eurocode 7 sont représentées symboliquement sous la forme :
A « + » M
« + » R
A : représente les facteurs partiels appliqués
aux actions (pression active des terres, poids du sol) ou aux effets des
actions;
M : représente les facteurs partiels du
matériau sol ou autres types de matériaux (poids volumique, cohésion, tangente
de l'angle de fortement interne)
R : représente les facteurs partiels de
résistance à une action (pression passive des terres, frottement)
_ Pour les ELU GEO et STR, les approches de calcul qui s’appliquent
sont les approches 2 et 3. L’approche de calcul 2 est celle qui est
recommandée.
Dans ce cas la combinaison
d’ensembles de facteurs partiels suivante est à appliquer :
A1 «+» M1 «+» R2
Dans cette approche, les facteurs
partiels sont appliqués aux actions ou aux effets des actions et aux
résistances du terrain.
Si cette approche est utilisée pour
les calculs de stabilité de pente ou de stabilité générale, l’effet résultant
des actions sur la surface de rupture est multiplié par gE et la résistance globale au
cisaillement sur la surface de rupture est divisée par gR;e.
_ L’approche de calcul 3 peut être utilisée pour la vérification de
la stabilité générale d’un site, de la stabilité d’ensemble des écrans, des
ouvrages en remblais renforcés ou des massifs en sol cloués, et pour les
analyses numériques d’interaction sol-structure.
Dans ce cas la combinaison
d’ensembles de facteurs partiels suivante est à appliquer :
(A1* ou A2**) «+» M2 «+» R3
* sur les actions provenant de la
structure
** sur les actions géotechniques.
Dans cette approche, les facteurs
partiels sont appliqués aux actions ou aux effets des actions et aux paramètres
de résistance du terrain. Pour les analyses de stabilité de pente ou de
stabilité globale, les actions appliquées au sol (par exemple les actions provenant
de la structure ou les charges de circulation) sont traitées comme des actions
géotechniques, en utilisant l’ensemble de facteurs partiels A2.
6 La méthode des tanches
Les méthodes les plus employées
pour la résolution du calcul de la stabilité des talus de forme quelconque avec
des lignes de glissement de forme quelconque, dans des sols hétérogènes, sont
les nombreuses variantes de la méthode des tranches.
La méthode des tranches permet de
s'adapter à des conditions de géométrie complexes, tant en ce qui concerne les
frontières, que le sol et les conditions hydrologiques. Il existe environ une
douzaine de variantes de cette méthode qui diffèrent entre elles par :
- la manière d'utiliser les
équations de la statique pour définir la sécurité ;
- les hypothèses utilisées pour
rendre le problème déterminé.
Parmi les méthodes les plus
couramment utilisées, on peut citer :
- la méthode ordinaire ou de
Fellenius ou suédoise du cercle ou conventionnelle,
- la
méthode de Fellenius simplifiée,
- la méthode simplifiée de Bishop,
- la méthode de Spencer,
- la
méthode complète de Janbu,
- la méthode de Morgenstern et
Price.
