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Cours d’ouvrages
soutenement
( Ouvrages géotechniques)
Dr. Ranime El Nabouch
Plan du cours
Cours d’ouvrages géotechniques
I- Généralités sur les ouvrages de soutènement
II- Notions de poussée et butée
III-Verification stabilité des murs
Qu'est ce qu'un ouvrage 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
Différentes techniques de soutènement
• 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
Ouvrages de soutènement
Différents modes de fonctionnement:
 Poussée reprise par le poids
 Poussée reprise par l’encastrement
 Poussée reprise par l’ancrage
Cours d’ouvrages géotechniques
Différentes techniques de soutènement
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
Ouvrages de soutenement
Exemple 2 : mur en béton
Exemple 3 : mur en gabions
(plus souple)
Ouvrages de soutènement drainage
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
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
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
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
Différentes techniques de soutènement
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
Paroi en palplanches
les palplanches sont des lames métalliques enfoncées verticalement dans le sol.
Flexibles de par leur faible épaisseur, leur longueur est en pratique limitée à 30 m.
Paroi moulée en béton
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
Paroi moulée en béton
10
 Applications
• Parking souterrains en sous sol d’immeubles
• Soutènement de trémies et de tranchées
Autre ouvrages :
Paroi berlinoise
Autre ouvrages:
Autre ouvrages:
Paroi clouée
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
Autre ouvrages :
Paroi parisienne
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
Mur soutenement-
Applications
route
Mur soutenement- Applications
Mur sous sol
Immeuble-
Grande hauteur
Mur soutenement- Applications
Road
Train
Metro et tunnel
Mode de reprise
Mode de reprise
Ouvrages de soutènement
Cours d’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
Qu’est ce que la rupture?
Cours d’ouvrages géotechniques
Qu’est ce que la rupture?
Cours d’ouvrages géotechniques
Comment prévoir ces desordres?
Comment les éviter?
Comment dimensionner les murs de soutenement?
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
Justification du soutènement
Ouvrage de 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
Calcul
Le calcul de ce 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
Calcul de distribution des contraintes
Pression eau – Pression sol
Anisotropic
sy
sy ≠ sy sx
>
Isotropic
sx
sx
Pression au repos
Pression active
Pression passive
Actions des terres
s’h
Coefficient de 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
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
 Conditions d’équilibre limite
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
A quoi ca sert?
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)
 Conditions d’équilibre limite
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
 Conditions d’équilibre limite
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
Cours d’ouvrages géotechniques
Actions des 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
O
 Résultante des efforts 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
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
Actions des terres
Cours d’ouvrages géotechniques
Théorie de RANKINE
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.
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
Example 3
Solution
Déterminer la force de poussée sur le mur ci-dessous. Trouver le point
d’application de cette force.
Example 3 - Solution
Etats de contraintes un sol cohérent
 Prise en compte 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
Qu’elle sera la force?
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
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)
Resumé
 Prise en compte de la cohésion
Actions des terres
Hypothèses:
sol frottant (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
 Somme des actions
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)
 Cas avec surface 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)
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
=
Remarque
Efforts s’appliquant sur
un mur cantilever
Attention la ligne de poussée de terre
n’est pas au contact mur/sol
Actions des terres
Avec et sans présence de la nappe d’eau
 Cas avec surface du sol inclinée
Solution ex 3
ou
Actions des terres
On se refere a un tableau
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 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
 Prise en compte 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
 Prise en compte 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
 Prise en compte de la rugosité de l’écran
 Prise en compte de la rugosité de l’écran
 Prise en compte de la rugosité de l’écran
Coefficients de Poussée Ka et de Butée Kp pour un écran vertical et une surface libre horizontale,
Caquot Kérisel, 2003 – DTU
Actions des terres
Cours d’ouvrages géotechniques
La méthode du coin 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)
La méthode du coin de Coulomb
Permet une certaine prise en compte du frottement sol / mur
Adaptable à toute géométrie
La méthode du coin 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)
Application: Couloumb
Energy Geostructures
Les murs poids
37
A. Pre dimensionnement
B. Vérifications
A. Prédimensionnement
Prédimensionnement des murs poids et
cantilever
pente
Cours d’ouvrages géotechniques
pente pente
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
A. Prédimensionnement
b1
b1=0.65
b=2.45m
Prédimensionnement de la 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
B. Vérifications
1. Vérification de la stabilité globale mur sol
Cours d’ouvrages géotechniques
B. Vérifications
2. Vérification de la stabilité externe
 Glissement
 Renversement
 Poinçonnement du sol
Cours d’ouvrages géotechniques
B. Vérifications
3. Vérification de la stabilité interne
Fibres tendues
Fibres comprimées
Cours d’ouvrages géotechniques
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:
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:
B. Vérifications
Efforts s’appliquant sur
un mur 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
 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  Ntgs
Pa
Ph
Pv
W
N
B
δ
f
f
Cours d’ouvrages géotechniques
 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
Application 1
Application 2
 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
Force portante du sol
Recherce de l’excentricité
Verification au poincement
Calcul excentricite
Cas 1 : R dans le tiers centrale
Cas 2 : R hors le tiers centrale
Cas 1: R dans le tiers centrale
Cas 1: R dans le tiers centrale
Cas 1: Calcul contrainte de réference
Cas 2 : R hors le tiers centrale
Cas 2 : R hors le tiers centrale
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  • 1. Cours d’ouvrages soutenement ( Ouvrages géotechniques) Dr. Ranime El Nabouch
  • 2. Plan du cours Cours d’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'un ouvrage 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 de soutènement • 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 Différents modes de fonctionnement:  Poussée reprise par le poids  Poussée reprise par l’encastrement  Poussée reprise par l’ancrage Cours d’ouvrages géotechniques
  • 6. Différentes techniques de soutènement 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 Exemple 2 : mur en béton Exemple 3 : mur en gabions (plus souple)
  • 8. Ouvrages de soutènement drainage 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 de soutènement 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 les palplanches 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 en béton 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 en béton 10  Applications • Parking souterrains en sous sol d’immeubles • Soutènement de trémies et de tranchées
  • 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
  • 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
  • 23. Mur soutenement- Applications Mur sous sol Immeuble- Grande hauteur
  • 27. Ouvrages de soutènement Cours d’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 que la rupture? Cours d’ouvrages géotechniques
  • 29. Qu’est ce que la rupture? Cours d’ouvrages géotechniques
  • 30.
  • 31. Comment prévoir ces desordres? 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 Ouvrage de 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 de ce 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 distribution des contraintes
  • 36. Pression eau – Pression sol Anisotropic sy sy ≠ sy sx > Isotropic sx sx
  • 37. Pression au repos Pression active Pression passive
  • 38. Actions des terres s’h Coefficient de 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’équilibre limite 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 ca sert?
  • 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’équilibre limite 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’équilibre limite 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 Actions des 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 des efforts 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 Cours d’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 la force de poussée sur le mur ci-dessous. Trouver le point d’application de cette force.
  • 52. Example 3 - Solution
  • 53. Etats de contraintes un sol cohérent
  • 54.  Prise en compte 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 la force? 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 en compte de la cohésion
  • 58. Actions des terres Hypothèses: sol frottant (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 des actions 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 avec surface 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 un mur cantilever Attention la ligne de poussée de terre n’est pas au contact mur/sol
  • 63. Actions des terres Avec et sans présence de la nappe d’eau  Cas avec surface du sol inclinée
  • 65. Actions des terres On se 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 en compte 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 en compte 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 en compte 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 en compte de la rugosité de l’écran
  • 70.  Prise en compte de la rugosité de l’écran
  • 71.  Prise en compte de la rugosité de l’écran
  • 72. Coefficients de Poussée Ka 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 du coin 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 du coin de Coulomb Permet une certaine prise en compte du frottement sol / mur Adaptable à toute géométrie
  • 75. La méthode du coin 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)
  • 77. Energy Geostructures Les murs poids 37 A. Pre dimensionnement B. Vérifications
  • 78. A. Prédimensionnement Prédimensionnement des murs 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 de la 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. Vérification de la stabilité globale mur sol Cours d’ouvrages géotechniques
  • 82. B. Vérifications 2. Vérification de la stabilité externe  Glissement  Renversement  Poinçonnement du sol Cours d’ouvrages géotechniques
  • 83. B. Vérifications 3. Vérification de 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:
  • 87. Efforts s’appliquant sur un mur 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  Ntgs 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
  • 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
  • 96. Cas 1 : R dans le tiers centrale
  • 97. Cas 2 : R hors le tiers centrale
  • 98. Cas 1: R dans le tiers centrale
  • 99. Cas 1: R dans le tiers centrale
  • 100. Cas 1: Calcul contrainte de réference
  • 101. Cas 2 : R hors le tiers centrale
  • 102. Cas 2 : R hors le tiers centrale
  • 103. Pour les 2 cas