Télécharger en tant que PDF, PPTX
cours-Mur-Soutenement-V1.pdf
- 1. Cours d’ouvrages soutenement ( Ouvragesgéotechniques) Dr. Ranime El Nabouch
- 2. Plan du cours Coursd’ouvrages géotechniques I- Généralités sur les ouvrages de soutènement II- Notions de poussée et butée III-Verification stabilité des murs
- 3. Qu'est ce qu'unouvrage de soutènement ? Définition Eurocode 7 : Les ouvrages de soutènements sont ceux qui retiennent des terrains (sols, roches ou remblais) et de l'eau. Le matériau est retenu par l'ouvrage s'il est maintenu à une pente plus raide que celle qu'il adopterait éventuellement si aucun ouvrage n'était présent Source : SETRA IQOA 3
- 4. Différentes techniques desoutènement • Mur Poids • Mur Cantilever • Rideau Palplanches • Paroi Beton • Autres technique II existe de nombreux types d'ouvrages de soutènement, qui ont été conçus pour répondre aux situations les plus diverse
- 5. Ouvrages de soutènement Différentsmodes de fonctionnement: Poussée reprise par le poids Poussée reprise par l’encastrement Poussée reprise par l’ancrage Cours d’ouvrages géotechniques
- 6. Différentes techniques desoutènement ENTPE Cours MUR POIDS Principe de fonctionnement externe Stabilité assurée par la gravité (poids propre du mur) Exemple 1 : murs en maçonnerie Pierres sèches Maçonnerie jointoyée Source images : SETRA IQOA 6
- 7. Ouvrages de soutenement Exemple2 : mur en béton Exemple 3 : mur en gabions (plus souple)
- 8. Ouvrages de soutènementdrainage Afin d’éviter l’accumulation de l’eau dans le remblai à l’arrière du mur et ainsi ne pas accentuer la poussée, il est important de mettre en place des barbacanes et le cas échéant de réaliser un système de drainage barbacanes 8 Cours d’ouvrages géotechniques
- 9. Ouvrages de soutènement MUR CANTILEVER Le mur cantilever en béton armé pente Ouvrages en béton armé Stabilité assurée par la gravité (poids propre du sol ) Cours d’ouvrages géotechniques
- 10. Ouvrages de soutènement MUR AVEC CONTREFORT Ouvrages en béton armé Stabilité assurée par la gravité (poids propre du sol ) + éléments de renfort en maçonnerie ou béton appelés contreforts Le mur avec contreforts (Utilisés quand H > 6- 7 m et la poussée est trop élevée) Cours d’ouvrages géotechniques
- 11. Ouvrages de soutènement ECRANS DE SOUTENEMENT Le rideau de palplanche métallique (blindage de fouille ou soutènement et étanchement en présence d’eau) La parois en béton arme (ex parking souterrains, soutènement des trémies et des tranchées) Les écrans de soutènement sans ou avec tirant d’ancrage Cours d’ouvrages géotechniques
- 12. Différentes techniques desoutènement Les rideaux de palplanches Rideaux continus relativement étanches, cons- titués de profilés métalliques assemblés par des serrures (+ butons ou tirants éventuels) → Technique développée plus en détails dans la suite du cours ENTPE - Cours d'ouvrages de soutènement
- 13. Paroi en palplanches lespalplanches sont des lames métalliques enfoncées verticalement dans le sol. Flexibles de par leur faible épaisseur, leur longueur est en pratique limitée à 30 m.
- 14. Paroi moulée enbéton Une paroi moulée est un écran en béton armé moulé dans le sol. La paroi moulée constitue à la fois: - un soutènement pour les ouvrages d’infrastructure - une fondation profonde pour les ouvrages en superstructure
- 15. Paroi moulée enbéton 10 Applications • Parking souterrains en sous sol d’immeubles • Soutènement de trémies et de tranchées
- 16. Autre ouvrages : Paroiberlinoise
- 17.
- 18.
- 19. Ouvrages de soutènement OUVRAGES HYBRIDES La paroi végétalisée, élargissement de voie en site naturel Le massif cloué, ouvrage en déblai, hors d’eau Le mur voile et poutre ancrée, ouvrage en déblai, de stabilisation Cours d’ouvrages géotechniques
- 20. Autre ouvrages : Paroiparisienne
- 21. Ouvrages de soutènement CRIB WALLS pente Solutions innovantes Eléments préfabriqués mis en ouvre a former des cellules, puis remplis avec du sol Le « crib wall » Cours d’ouvrages géotechniques
- 22.
- 23. Mur soutenement- Applications Mursous sol Immeuble- Grande hauteur
- 24.
- 25.
- 26.
- 27. Ouvrages de soutènement Coursd’ouvrages géotechniques • Comment choisir ? En fonction de : Mode de réalisation (déblai, remblai), Données géométriques (dénivellation à créer), Site (urbanisé, aquatique, emprises,…), Sol et hydrogéologie (portance, présence de nappes,…), Exigences architecturales, etc. Comment dimensionner / justifier l'ouvrage ? La justification du soutènement nécessite de comprendre les modes de rupture auxquels on s'intéresse
- 28. Qu’est ce quela rupture? Cours d’ouvrages géotechniques
- 29. Qu’est ce quela rupture? Cours d’ouvrages géotechniques
- 31. Comment prévoir cesdesordres? Comment les éviter? Comment dimensionner les murs de soutenement?
- 32. Qu'est-ce-que la rupture? Définitions possibles : Stade ultime (inacceptable) des déplacements d'un massif de sol ou d'un ouvrage − Ruine le long d'une surface préférentielle (glissement e.g.) − Déformation complexe du massif Pour un ouvrage de soutènement : Vérifier les divers modes de rupture envisageables Chargement Q Déplacements
- 33. Justification du soutènement Ouvragede soutènement Stabilité interne : la structure supporte-t-elle les efforts appliqués ? Stabilité générale : la géométrie du site dans son ensemble est-elle stable ? Stabilité externe : les efforts au voisinage de l'ouvrage (« monobloc ») sont-ils équilibrés ? Poinçonnement du sol de fondation Glissement sur la base de l'ouvrage Renversement
- 34. Calcul Le calcul dece type d’ouvrages devra prendra en compte les efforts appliqués en fonction de son propre poids, de la poussée de la terre, des charges d’exploitation et de la réaction du sol. Poussée des terres 34 Cours d’ouvrages géotechniques Butée des terres
- 35. Calcul de distributiondes contraintes
- 36. Pression eau –Pression sol Anisotropic sy sy ≠ sy sx > Isotropic sx sx
- 37. Pression au repos Pressionactive Pression passive
- 38. Actions des terres s’h Coefficientde pression des terres au repos (dépend de l’histoire du sol, sa nature et la profondeur considérée) Sable: Argile: Roche: K0 ≈ 0.45 ÷ 0.55 K0 ≈ 0.55 ÷ 0.7 K0≥1 𝐾0 = 1 − 𝑠𝑖𝑛𝜑′ Cours d’ouvrages géotechniques (Formule de Jaky) Equilibre des terres au repos 𝜎′𝑣0 = 𝛾′𝑧 𝜎′ℎ0 = 𝐾0𝛾′𝑧 s’v z
- 39. Actions des terres/ Rappel cercle de Mohr s’h Equilibre des terres au repos 𝜎′𝑣0 = 𝛾′𝑧 𝜎′ℎ0 = 𝐾0𝛾′𝑧 s’v z τ ’ 𝛔′ Cours d’ouvrages géotechniques 𝜎′𝑣0 𝜎′ℎ 𝜎′ℎ 𝜎′ℎ 𝜎′ℎ
- 40. Conditions d’équilibrelimite Actions des terres Seulement deux cercles de Mohr respectent à la fois la condition d’équilibre et le critère de rupture τ ’ 𝜎′𝑣0 𝜎′𝑎 𝜎′𝑝 𝛔′ Ce sont les étatsde: - Equilibre actif - Equilibre passif EQUILIBRE PASSIF EQUILIBRE ACTIF Cours d’ouvrages géotechniques
- 41. A quoi casert?
- 42. Poussée et butée: en pratique... Trois approches différentes existent en pratique : Théorie de Rankine Théorie de Boussinesq Théorie de Coulomb Choix à faire en fonction : des limitations de chaque méthode des approximations admissibles (géométrie)
- 43. Conditions d’équilibrelimite Actions des terres s’v s ’h Ecran 1. Ecran se déplace vers la droite: h Expansion latérale, σ’ diminue jusqu’à σ’a 𝜎′a = 𝐾𝑎𝛾′𝑧 𝜎′a 1 + 𝑠𝑖𝑛𝜑′ 1 − 𝑠𝑖𝑛𝜑′ = 𝜎′𝑣0 2 = 𝑡𝑎𝑛2 45 − 𝜑′ 𝜎′𝑣0 τ ’ 𝛔′ 𝜎′𝑣0 𝜎′𝑎 α 2α 𝜑′ α = 45 + 2 Coefficient de poussée desterres Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse Cours d’ouvrages géotechniques
- 44. Conditions d’équilibrelimite Actions des terres s’v s’h Ecran 1. Ecran se déplace vers la gauche: σ’h augmente jusqu’àσ’p 𝜎′𝑝 = 𝐾𝑝𝛾′𝑧 𝜎′𝑝 1 − 𝑠𝑖𝑛𝜑′ 1 + 𝑠𝑖𝑛𝜑′ = 𝜎′𝑣0 2 = 𝑡𝑎𝑛2 45 + 𝜑′ 𝜎′𝑣0 Coefficient de butée desterres τ 𝜎′𝑣0 𝜎′𝑝 𝛔′ β 2β Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse ’ 𝜑′ 𝛽 = 45 − 2 Cours d’ouvrages géotechniques
- 45. Cours d’ouvrages géotechniques Actionsdes terres 20 𝑝 𝑝 𝑣0 2 𝜎′ = 𝐾 𝜎′ = 𝑡𝑎𝑛2 45 + 𝜑′ 𝜎′𝑣0 𝑎 𝜎′ = 𝐾 𝜎′ 𝑎 𝑣0 = 𝑡𝑎𝑛2 2 𝜑′ 45 − 𝜎′𝑣0 O Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse Théorie de RANKINE
- 46. O Résultante desefforts sur un écran Actions des terres Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse 1 2 𝑝 𝑝 P = 𝐾 𝛾′𝐻𝑝2 1 P𝑎 = 2 𝐾𝑎𝛾′𝐻𝑎 2 𝑝 2 1 P = 𝑡𝑎𝑛2 𝜋 𝜑′ 4 + 2 𝛾′𝐻𝑝2 1 P𝑎 = 2 𝑡𝑎𝑛 2 𝜋 𝜑′ 4 − 2 Cours d’ouvrages géotechniques 𝛾′𝐻𝑎2 Théorie de RANKINE
- 47. Actions des terres Conditions d’équilibre limite • L’état de contrainte dans le sol est lié au déplacement de la paroi • A partir de la position au repos, on va vers un équilibre de poussée sil’écran s’écarte du sol • On va vers un équilibre de butée si l’écran pénètre dans le sol. • La mise en poussée est atteinte plus rapidement que la mise enbutée Cours d’ouvrages géotechniques
- 48. Actions des terres Coursd’ouvrages géotechniques Théorie de RANKINE
- 49. Example 1 Application : H= 10m ; = 30° ; c = 0 ; = 20kN/m3 : 1) Déterminer la force de poussée sur le mur ci-dessous. Trouver le point d’application de cette force.
- 50. Example 2 Application : H= 10m ; = 30° ; c = 0 ; = 20kN/m3 : Tracer le diaramme de poussée de sol et le diagramme poussée hydraustatique déduire F et le point d’application de cette force
- 51. Example 3 Solution Déterminer laforce de poussée sur le mur ci-dessous. Trouver le point d’application de cette force.
- 52. Example 3 -Solution
- 53. Etats de contraintesun sol cohérent
- 54. Prise encompte de la cohésion Actions des terres 𝜎′𝑎 = 𝐾𝑎𝛾′𝑧 − 2𝑐′ 𝐾𝑎 Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse (δ=0) 𝜎′𝑝 = 𝐾𝑝𝛾′𝑧 + 2𝑐′ 𝐾𝑝 Cours d’ouvrages géotechniques
- 55. Qu’elle sera laforce? Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse (δ=0) Prise en compte de la cohésion
- 56. Court terme-Long terme -Pour les sols fins saturés on doit considérer deux cas : le comportement à court terme où les calculs sont faits en contraintes totales, et le comportement à long terme où les calculs sont faits en contraintes effectives - Pour les ouvrages temporaires, on utilise plutôt le paramètre à court terme Cu (résistance non-drainée) Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse (δ=0)
- 57. Resumé Prise encompte de la cohésion
- 58. Actions des terres Hypothèses: solfrottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse (δ=0) Actions d’une surcharge Cas d’une charge uniforme appliqué sur la surface 𝜎′𝑎 = 𝐾𝑎𝛾′𝑧 − 2𝑐′ 𝐾𝑎 + 𝐾𝑎𝑞 Cours d’ouvrages géotechniques
- 59. Somme desactions Actions des terres 𝜎′𝑎 = 𝐾𝑎𝛾′𝑧 − 2𝑐′ 𝐾𝑎 + 𝐾𝑎𝑞 Cours d’ouvrages géotechniques Hypothèses: Surface de sol horizontal Ecran vertical et lisse (δ=0)
- 60. Cas avecsurface du sol inclinée Actions des terres W 𝜎′𝑣0 = 𝛾′𝑧 ∙ cos() σ’vo 𝐾𝑎 = 𝜎′𝑎 𝜎′𝑣0 = cos − 𝑐𝑜𝑠2 − 𝑐𝑜𝑠2 𝜑′ cos + 𝑐𝑜𝑠2 − 𝑐𝑜𝑠2 𝜑′ 𝐾𝑝 = 𝜎′𝑝 𝜎′𝑣0 = cos + 𝑐𝑜𝑠2 − 𝑐𝑜𝑠2 𝜑′ cos − 𝑐𝑜𝑠2 − 𝑐𝑜𝑠2 𝜑′ Cours d’ouvrages géotechniques Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse (δ=0)
- 61. Ka . H . . Pa 2 2 1 Cas avec surface du sol inclinée Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse (δ=0) Actions des terres =
- 62. Remarque Efforts s’appliquant sur unmur cantilever Attention la ligne de poussée de terre n’est pas au contact mur/sol
- 63. Actions des terres Avecet sans présence de la nappe d’eau Cas avec surface du sol inclinée
- 64.
- 65. Actions des terres Onse refere a un tableau Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse (δ=0)
- 66. Prise encompte de la rugosité de l’écran Actions des terres i Pa i Ws Wb q= 10 kPa Pa W Cours d’ouvrages géotechniques δ On néglige la rugosité Rugosité à prendre en compte
- 67. Prise encompte de la rugosité de l’écran Actions des terres Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse (δ=0) Hypothèse écran lisse (δ = 0) > valeur pessimiste de Ka et Kp > on se place en sécurité vis à vis des efforts normaux La poussée des terres conduit à un déplacement vertical vers le bas Il en ressort que : δ > 0 pour la poussée et δ < 0 pour la butée La composante tangentielle peut être nuisible à la stabilité au poinçonnement de l’assise Cours d’ouvrages géotechniques
- 68. Prise encompte de la rugosité de l’écran Actions des terres Hypothèses: sol frottant (c’=0, φ’≠0) Surface de sol horizontal Pas de charge Ecran vertical et lisse (δ=0) Attention : une rugosité trop important conduit à un sous dimensionnement Cours d’ouvrages géotechniques
- 69. Prise encompte de la rugosité de l’écran
- 70. Prise encompte de la rugosité de l’écran
- 71. Prise encompte de la rugosité de l’écran
- 72. Coefficients de PousséeKa et de Butée Kp pour un écran vertical et une surface libre horizontale, Caquot Kérisel, 2003 – DTU Actions des terres Cours d’ouvrages géotechniques
- 73. La méthode ducoin de Coulomb La méthode : Aucune analyse de l'état des contraintes à l'arrière du mur On suppose une surface de rupture plane Le « coin » isolé par cette surface est en équilibre par : − son poids propre W − la réaction R exercée par le sol au niveau du plan de rupture − la réaction au niveau du mur F qui donne la force de poussée (d'inclinaison supposée connue)
- 74. La méthode ducoin de Coulomb Permet une certaine prise en compte du frottement sol / mur Adaptable à toute géométrie
- 75. La méthode ducoin de Coulomb La valeur de doit être connue d'avance : - surfaces très lisses ou lubrifiées : = 0 - surfaces rugueuse (béton, béton projeté, maçonnerie, acier) : = 2/3 - parement fictif (murs cantilever) : = ENTPE - Cours d'ouvrages de soutènement Fabrice ROJAT - CETE de Lyon Les limites : Le point d'application de F est inconnu → on suppose en général au 1/3 de la hauteur La méthode est indéterminée (position de la surface de rupture) → Rechercher la surface maximisant F par calcul direct ou itérations Méthode moins satisfaisante du point de vue mécanique (pas de prise en compte de l'état des contraintes dans le sol)
- 76.
- 77. Energy Geostructures Les murspoids 37 A. Pre dimensionnement B. Vérifications
- 78. A. Prédimensionnement Prédimensionnement desmurs poids et cantilever pente Cours d’ouvrages géotechniques pente pente
- 79. A. Prédimensionnement a =D/H e1, e2 Exemple: a=0 (pas de talus) H=5m φ’=30° e1=e2=0.3 Prédimensionnement des épaisseurs (abaques du SETRA) Cours d’ouvrages géotechniques
- 80. A. Prédimensionnement b1 b1=0.65 b=2.45m Prédimensionnement dela semelle (abaques du SETRA) Exemple: a=0 (pas de talus) H=5m S=0.2 MPa Contrainte limite sur le sol état de service, S b Cours d’ouvrages géotechniques
- 81. B. Vérifications 1. Vérificationde la stabilité globale mur sol Cours d’ouvrages géotechniques
- 82. B. Vérifications 2. Vérificationde la stabilité externe Glissement Renversement Poinçonnement du sol Cours d’ouvrages géotechniques
- 83. B. Vérifications 3. Vérificationde la stabilité interne Fibres tendues Fibres comprimées Cours d’ouvrages géotechniques
- 84. Cours d’ouvrages géotechniques B.Vérifications 44 Efforts moteurs Résistance FS Coefficient de sécurité Actions différentes sur la stabilité générale des facteurs qui jouent sur la sécurité (type de sol, déformation de la paroi, déplacement de la paroi, surcharges, efforts dans les ancrages, présence de la nappe…) Impossibilité de définir un coefficient de sécurité F qui soit le même sur chacun de ces facteurs (ou de ces actions) et qui soit proportionnel au risque potentiel de rupture On définit un FS pour chaque condition:
- 85. Cours d’ouvrages géotechniques B.Vérifications 44 Efforts moteurs Résistance FS Coefficient de sécurité Actions différentes sur la stabilité générale des facteurs qui jouent sur la sécurité (type de sol, déformation de la paroi, déplacement de la paroi, surcharges, efforts dans les ancrages, présence de la nappe…) Impossibilité de définir un coefficient de sécurité F qui soit le même sur chacun de ces facteurs (ou de ces actions) et qui soit proportionnel au risque potentiel de rupture On définit un FS pour chaque condition:
- 86.
- 87. Efforts s’appliquant sur unmur poids classique Prédimensionnement Vérifications Stabilité globale (voir Fellenius,Bishop) Stabilité externe Stabilité au glissement Stabilité au renversement Stabilité au poinçonnement Avec : P,apoussée du sol W, poids du mur Q, réaction du sol sous la fondation Pp, butée en pied (négligée) , inclinaison des efforts sur l’écran (en général 2/3 ) Cas d’un mur poids classique Cours d’ouvrages géotechniques
- 88. Prédimensionnement Vérifications Stabilité globale (voir Fellenius, Bishop) Stabilité externe Stabilité au glissement Stabilité au renversement Stabilité au poinçonnement Stabilité au glissement Cette vérification consiste à s’assurer qu’il n’y a pas de risque de déplacement horizontal de l’ensemble. On note : • c et les caractéristiques mécaniques du sol de fondation • δs angle de frottement entre la fondation et le sol • N la somme des efforts verticaux • PH la résultante de poussée projetéehorizontalement • FS le coefficient de sécurité 1,5 Ph FS c'B Ntgs Pa Ph Pv W N B δ f f Cours d’ouvrages géotechniques
- 89. Prédimensionnement Vérifications Stabilité globale (voir Fellenius, Bishop) Stabilité externe Stabilité au glissement Stabilité au renversement Stabilité au poinçonnement Stabilité au renversement O On doit vérifier que le mur ne tourne pas autour de son pied aval, noté O F Moments_résistants 1,5 Moments_moteurs Pa Pv W Ph Cours d’ouvrages géotechniques
- 90.
- 91.
- 92. Prédimensionnement Vérifications Stabilité globale (voir Fellenius, Bishop) Stabilité externe Stabilité au glissement Stabilité au renversement Stabilité au poinçonnement Stabilité au poinçonnement On doit vérifier que le mur ne poinçonne pas le sol de fondation: s s max admissible La contrainte admissible est calculée par les formules des fondations superficielles Cours d’ouvrages géotechniques
- 93.
- 94.
- 95. Verification au poincement Calculexcentricite
- 96. Cas 1 :R dans le tiers centrale
- 97. Cas 2 :R hors le tiers centrale
- 98. Cas 1: Rdans le tiers centrale
- 99. Cas 1: Rdans le tiers centrale
- 100. Cas 1: Calculcontrainte de réference
- 101. Cas 2 :R hors le tiers centrale
- 102. Cas 2 :R hors le tiers centrale
- 103. Pour les 2cas