cours-Mur-Soutenement-V1.pdf

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

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

 MUR CANTILEVER
Le mur cantilever en béton armé
pente
Ouvrages en béton
armé
gravité (poids propre
du sol )

 MUR AVEC CONTREFORT
Ouvrages en béton armé
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)

 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

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

 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

Autre ouvrages :
Paroi parisienne

 CRIB WALLS
pente
Solutions innovantes
Eléments préfabriqués mis en
ouvre a former des cellules,
puis remplis avec du sol
Le « crib wall »

Mur soutenement-
Applications
route

Mur soutenement- Applications
Mur sous sol
Immeuble-
Grande hauteur

Mur soutenement- Applications
Road
Train
Metro et tunnel

• 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?

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
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′
(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′
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

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)

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

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:
Pas de charge
’
𝜑′
𝛽 = 45 −
2

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:
Pas de charge
Théorie de RANKINE

O
 Résultante des efforts sur un écran
Actions des terres
Hypothèses:
Pas de charge
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
𝛾′𝐻𝑎2
Théorie de RANKINE

Actions des terres
• 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

Actions des terres
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.

Etats de contraintes un sol cohérent

 Prise en compte de la cohésion
Actions des terres
𝜎′𝑎 = 𝐾𝑎𝛾′𝑧 − 2𝑐′ 𝐾𝑎
Hypothèses:
Pas de charge
Ecran vertical et lisse (δ=0)
𝜎′𝑝 = 𝐾𝑝𝛾′𝑧 + 2𝑐′ 𝐾𝑝

Qu’elle sera la force?
Hypothèses:
Pas de charge

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:
Pas de charge

Resumé

Actions des terres
Hypothèses:
Pas de charge
 Actions d’une surcharge
Cas d’une charge uniforme appliqué sur la surface
𝜎′𝑎 = 𝐾𝑎𝛾′𝑧 − 2𝑐′ 𝐾𝑎 + 𝐾𝑎𝑞

 Somme des actions
Actions des terres
𝜎′𝑎 = 𝐾𝑎𝛾′𝑧 − 2𝑐′ 𝐾𝑎 + 𝐾𝑎𝑞
Hypothèses:

 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′
Hypothèses:
Pas de charge

Ka
.
H
.
.
Pa 2
2
1 

Hypothèses:
Pas de charge
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

Actions des terres
On se refere a un tableau
Hypothèses:
Pas de charge

 Prise en compte de la rugosité de l’écran
Actions des terres
i
Pa
i
Ws
Wb
q= 10 kPa
Pa
W
δ
On néglige la rugosité Rugosité à prendre en compte

Actions des terres
Hypothèses:
Pas de charge
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

Actions des terres
Hypothèses:
Pas de charge
Attention : une rugosité trop
important conduit à un sous
dimensionnement

Coefficients de Poussée Ka et de Butée Kp pour un écran vertical et une surface libre horizontale,
Caquot Kérisel, 2003 – DTU
Actions des terres

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)

Permet une certaine prise en compte du frottement sol / mur
Adaptable à toute géométrie

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)

Energy Geostructures
Les murs poids
37
A. Pre dimensionnement
B. Vérifications

A. Prédimensionnement
Prédimensionnement des murs poids et
cantilever
pente
pente pente

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)

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

B. Vérifications
1. Vérification de la stabilité globale mur sol

B. Vérifications
2. Vérification de la stabilité externe
 Glissement
 Renversement
 Poinçonnement du sol

B. Vérifications
3. Vérification de la stabilité interne
Fibres tendues
Fibres comprimées

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:

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

 Vérifications
 Stabilité globale (voir Fellenius, Bishop)
 Stabilité au glissement
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

 Vérifications

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

 Vérifications


Stabilité au renversement
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

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: Calcul contrainte de réference

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