ÉPUBLIQUE A LGÉRIENNE LGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE R ÉPUBLIQUE ECHERCHE SCIENTIFIQUE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA R R ECHERCHE BBES UNIVERSITÉ D JILLALI LIABES DE SIDI BEL A BBES F ACULTÉ DE TECHNOLOGIE DÉPARTEMENT DE GÉNIE CIVIL M ASTER I I : CONSTRUCTIONS CIVILES ET INDUSTRIELLES
COURS MDS 1 MCCI75
STABILITÉ DES PENTES DES PENTES ET ET TALUS TALUS
Chargé du cours :
Mme. E. MOSTEFA MOSTEFA KARA ép. SEKKEL
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CHAPITRE I [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]
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INTRODUCTION QUAND SE PRODUIT UN G.T? C AUSES AUSES DES G.T DIFFÉRENTS TYPES DE G.T PROBLÈMES POSÉS R ECONNAISSANCE ECONNAISSANCE DU SITE F ACTEUR DE SÉCURITÉ C ALCUL DE LA STABILITÉ STABILITÉ DES PENTES MÉTHODES DE CONFORTEMENT SURVEILLANCE DES TALUS CONCLUSION
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1. INTRODUCTION •
Glis Glisse seme ment ntss de terrai terrains ns : naturelles désastreuses
•
phén phénom omèn ènes es comp comple lexxes
catastrophes
conséquences économiques lourdes. lourdes.
Les Les glis glisse seme ment ntss de terrai terrains ns ravagent des routes routes,, démolissent des constructions et détruisent tout ce qui se trouvent sur leur chemin.
•
Les mouvements de terrain : des déplacements vers l'aval de masses rocheuses et/ou de terrain meuble.
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Ils peuvent présenter des mouvements mouvements lents ou spontanés. Les dimensions en plan : du dm à quelques km ; La profondeur de la surface surface de rupture : comprise entre 5 et 10 m ; Les volumes volumes en mouvement mouvement : plusieurs plusieurs dizaines de millions de m3 ; Les terrains concernés concernés : à forte composante composante argileuse, mais on peut renc rencon ontr trer er des des glis glisse semen ments ts dans dans des des sols sols très sableux, ou dans du
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2. QUAND SE PRODUIT UN GLISSEMENT DE TERRAINS ? •
Un glissement de terrain contraintes de cisaillement résistance du sol le long de la surface de rupture.
3. C AUSES DES GLISSEMENTS DE TERRAINS •
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•
Géologie, Relief et Exposition ; Modification des conditions hydrauliques (cycles de gel / dégel, les précipitations et la fonte des neiges) ; Modification des propriétés géotechnique (perte de résistance au cisaillement). Séisme ; Erosion ; Modifications du moment moteur (effets anthropiques : surcharges, excavations, surélévation du niveau de l'eau souterraine, dynamitage,…).
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3. C AUSES DES GLISSEMENTS DE TERRAINS…
Figure1. Glissement de terrains suite a des excavations voisines à Bir Mourad Rais Alger (27/09/2014).
Figure 2 . Effondrement d’un pont à Tizi Ouzou
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3. C AUSES DES GLISSEMENTS DE TERRAINS…
150cm
Figure3. Effondrement du tronçon autoroutier (est-ouest) côté Sidi Abdeli reliant Tlemcen à Sidi Bel Abbes.
3. C AUSES DES GLISSEMENTS DE TERRAINS…
Figure 4. Endommagement d’une autoroute au Mexique suite à un glissement de terrain
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4. T YPES DE GLISSEMENT DE TERRAINS •
Les glissements de terrains se regroupent en plusieurs catégories selon différents paramètres :
Nature
du terrain : Meuble, rocheux ou bien boue ;
Cinématique
du mouvement : Glissement, écoulement, rupture au
sommet, spreeding , chute de blocs ; Vitesse
: lente ou spontanée ;
Géométrie de la ligne de
glissement : plan, circulaire ou composite.
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4. T YPES DE GLISSEMENT DE TERRAINS… 44.1 CLASSIFICATION DES G.T SELON LA NATURE DES TERRAINS •
•
•
Glissements en terrain meuble ; Eboulements en terrain rocheux ; Coulées boueuses ou coulées de débris.
Figure 5.a Glissement
Figure 5.b Coulée boueuse
Figure 5.c Eboulement
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4. T YPES DE GLISSEMENT DE TERRAINS… 44.1 CLASSIFICATION DES G.T SELON LA NATURE DES TERRAINS… 4.1.1 GLISSEMENT DE TERRAINS Causes •
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•
: Pente excessive ; Nature argileuse du terrain ; Pluie importantes ; Mauvais drainage des eaux ; Grandes charges sur le sol,
Figure 7 Glissement de terrains à Bejaia, Algérie (2012)
Figure 6 Eléments d’un glissement de terrains
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4. T YPES DE GLISSEMENT DE TERRAINS… 44.1 CLASSIFICATION DES G.T SELON LA NATURE DES TERRAINS… 4.1.2 EBOULEMENT EN TERRAINS ROCHEUX •
•
•
Chute de pierres et/ou de blocs sous l’effet de : Pesanteur ; Présence d’eau dans les fissures de la roche ; Gel.
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4. T YPES DE GLISSEMENT DE TERRAINS… 44.1 CLASSIFICATION DES G.T SELON LA NATURE DES TERRAINS… 4.1.3 COULÉE BOUEUSE
Sol trop visqueux du fait de la grande quantité d’eau, il s’écoule tel un fluide, on parle alors de coulée boueuse.
Boueuse a Saint Jude, Québec (2010)
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4. T YPES DE GLISSEMENT DE TERRAINS… 44.2 CLASSIFICATION SELON LA GÉOMÉTRIE DE LA LIGNE DE RUPTURE •
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•
Glissements circulaires; Glissements plans; Glissements composites.
Figure 10 Glissement plan et rotationnel
44.3 CLASSIFICATION SELON LA CINÉMATIQUE DUMOUVEMENT •
•
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•
•
Chute de blocs ; Rupture au sommet ; Glissement ; Spreeding ; Ecoulement.
5. PROBLÈMES POSÉS •
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Le géotechnicien est consulté sur un problème de stabilité des pentes dans diverses circonstances et avec plusieurs missions :
Versant
naturel en mouvement (lent) : prévision d’évolution,
stabilisation (d’une partie ou de la totalité, provisoire ou définitive), adaptation d’un projet en conséquence, mise en place d’une surveillance ; Glissement
avec rupture consommée : stabilisation du site,
réparation de l’ouvrage endommagé ; Création
de remblais ou de déblais en terrains stables :
Dimensionnement des talus avec renforcements éventuels (exemple : barrage en terres ou remblais sur sols mous). Travaux
neufs des terrains stables ou tous justes stables : étudier
les précautions pour ne pas déstabiliser le massif.
6. R ECONNAISSANCE DU SITE
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46.1 GÉOLOGIE ET GÉOMORPHOLOGIE •
•
•
Etude géologique du site : nature des terrains du substratum, épaisseur des formations superficielles, présence de failles, etc. Etendre l’étude sur une zone plus large que l’emplacement précis de la zone instable. Rechercher des indices de mouvements anciens ou actifs sur un site instable.
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Moyens d’investigation :
Dépouillement d’archives (dossiers d’études d’ouvrages ) ; Levés morphologique et géologique de terrain ; Photo-interprétation (à plusieurs dates, si possible) : géologie, géomorphologie, etc. ; Géophysique (profondeur du substratum); Sondages destructifs ou carottés, diagraphies.
6. R ECONNAISSANCE DU SITE
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46.2 H YDROGÉOLOGIE •
•
55 % des glissements ont une cause hydraulique. L’étude hydrogéologique a pour but de connaître la répartition des
pressions interstitielles dans le sol, leur évolution dans le temps, le fonctionnement des nappes (sens des écoulements, alimentation...). •
Techniques utilisées : piézométrie, repérage des niveaux d’eau dans les puits, mesures de débits, recueil des données météorologiques.
•
Le suivi de ces paramètres doit se faire pendant une année au minimum, afin de disposer d’une image représentative des conditions hydrogéologiques du site.
6. R ECONNAISSANCE DU SITE
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46.3 R ÉSISTANCE AU CISAILLEMENT Etude de glissement Estimation de la résistance au cisaillement •
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mobilisée le long d’une surface de rupture. Différence entre la résistance à court terme (non drainée) et la résistance à long terme (drainée). A long terme, les contraintes à considérer sont les contraintes effectives ( σ ’ = σ – u). A court terme, on raisonne en contraintes totales. La ligne de rupture des sols dans le plan de Mohr (σ, τ) est en général assimilée à une droite d’ordonnée à l’origine c (cohésion) et de pente tan (frottement). L’enveloppe de rupture à court terme est une droite horizontale d’ordonnée à l’origine cu et u = 0. Un glissement de terrain se produit lorsque les contraintes de cisaillement, dues aux forces motrices telles que le poids,
6. R ECONNAISSANCE DU SITE
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46.4 R ÉSISTANCE MOBILISÉE, R ÉSISTANCE DISPONIBLE •
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La résistance mobilisée : la contrainte de cisaillement totale ou moyenne (S) mobilisée par le poids de la pente. La résistance disponible est la contrainte de cisaillement critique déterminée à partir du critère de rupture τ = c+σ’Νtanφ.
Figure 11. Résistance mobilisée et résistance disponible
7. F ACTEUR DE SÉCURITÉ
é () é é () •
Stabilité F > 1,2 a 1,3.
•
Glissement circulaire
Autres
/ /
définitions :
+
Figure 12. Facteur de sécurité
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8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES
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48.1 GLISSEMENTS PLANS •
•
Les glissements plans se produisent essentiellement dans les matériaux granulaires où ayant une faible cohésion. Les matériaux fins, silteux, argileux présentent un glissement circulaire.
48.1.1 S ANS NAPPE PHRÉATIQUE Forces
agissantes : E A, EB, X A et X B ; Poids W =hl ; Réaction sous la base R (N,T).
é + ℎ +
Figure 13. G.P Sans nappe
2 ℵ+ ℵ
8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES… 48.1 GLISSEMENTS PLANS… 48.1.1 S ANS NAPPE PHRÉATIQUE… Equilibre limite F =1
ℵ ℎ
Facteur de sécurité
1 ℎ ( − )
Argile saturée court terme C=Cu et =0
2 Cu 2 γh
Matériau granulaire C=0 et ≠ 0
′
Matériau granulaire
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F =1 tg ’ = tg
8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES…
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48.1 GLISSEMENTS PLANS… 48.1.2 A VEC ÉCOULEMENT PARALLÈLE À LA PENTE
é + ∆ i= 2 ℵ ℎ ℎl ℎ ℵ + ′ + ′ℎ 2 ℎ M.G Equilibre limite
=1
′
48.1.2 A VEC ÉCOULEMENT NON PARALLÈLE À LA PENTE
′
Figure 14. G.P Avec nappe//
8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES… 48.2 GLISSEMENTS CIRCULAIRES 48.2.1 MÉTHODE DES TRANCHES •
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•
•
Diviser le massif en un certain nombre de volume élémentaire. Pour chacun des quels la ligne de glissement à une forme simple et se développe dans un milieu homogène. PETTERSON en 1916 a développé la méthode des tranches appelée aussi méthode suédoise. FELLENIUS (1927-1937) l’a développée pour les ruptures circulaires. Sa méthode est appelée OMS. BISHOP (1954) l’a perfectionné.
Tn et Tn+1 : forces inter-tranches verticales ; Pn et P n+1 : forces inter-tranches horizontale. W n : Poids de la tranches n ; Tr : force de résistance au cisaillement pour la tranche n ; N : force normale à la base de la tranche.
Figure 15. Méthodes des tranches
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8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES…
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48.2 GLISSEMENTS CIRCULAIRES 48.2.1 MÉTHODE DES TRANCHES
é + + = = = 0 = = = + = 48.2.1.1 MÉTHODE DE FELLENIUS Hypothèses: Les forces inter-tranches s’annulent et agissent le long d’un plan parallèle à la base de la tranche. •
8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES…
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48.2.1.1 MÉTHODE DE FELLENIUS…
0 + Ainsi
−
−
= + − =
48.2.1.2 MÉTHODE DE BISHOP Hypothèses: Les forces inter-tranches s’annulent et agissent le long d’un plan vertical. Les forces agissant par rapport a un axe vertical ( ) s’annulent. •
1 ∆ 0 + + − −
8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES… 48.2.1.2 MÉTHODE DE BISHOP…
1 − −
1 − − + 1 + − − − + − + − − + − −
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8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES…
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48.2.1.2 MÉTHODE DE BISHOP…
+ − − + + − 1 + 1 + − + − 1 1 + Soit 1 1 + − + Ainsi
8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES… 48.2.1.2 MÉTHODE DE BISHOP… •
Le facteur de sécurité est définie par :
+ −
− + •
•
La méthode de Bishop est une méthode itérative; La première valeur utilisée dans les itérations (F0 ) est celle de FELLENIUS.
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8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES… 48.2.2 A UTRES MÉTHODES 48.2.2.1 MÉTHODE DE JANBU •
La méthode de JANBU propose une lecture assez simple d’un abaque donnant la valeur d’un coefficient nommé N0 en fonction de la pente et du type du cercle (cercle de pied, de pente et de mi pente) définie par un coefficient d=D/H.
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8. C ALCUL DE LA STABILITÉ DES PENTES…
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48.2.2 A UTRES MÉTHODES… 48.2.2.2 MÉTHODE DES PERTURBATIONS •
•
Cette méthode est applicable dans le cas d’une surface de rupture bidimensionnelle quelconque. C’est une méthode globale qui exprime l’équilibre de tout le massif limité par la surface de rupture ; ce massif est soumis à son poids et à la résultante de toutes les contraintes σ et τ le long de la surface de rupture.
Figure 17. Méthode des perturbations
9. MÉTHODES DE CONFORTEMENT •
Problème de stabilité 1ére solution : Affranchir les mouvements de la pente instable sans les empêcher.
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Deux types de solutions sont possibles :
Implanter
ou déplacer le bâtiment, l’ouvrage d’art ou la route en
dehors de la zone en mouvement, dans un secteur reconnu comme stable ; Concevoir l’ouvrage de
telle sorte qu’il ne soit pas endommagé par le
mouvement de terrain ; •
Lorsqu’il s’agit de dimensionner un dispositif de confortement préventif, on recommande de prendre un coefficient de sécurité
F = 1,5 pour l’ouvrage en service.
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9. MÉTHODES DE CONFORTEMENT
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49.1 TERRASSEMENT
Figure 18. Techniques de terrassement
49.2 DISPOSITIF DE DRAINAGE Les différentes techniques qui peuvent être mises en œuvre sont : éviter l’alimentation en eau du site ; expulser l’eau présente dans le massif instable. L’efficacité d’un système de drainage dépend de : la nature et l’hétérogénéité des terrains, la géométrie des couches aquifères, la perméabilité et l’anisotropie des sols, les alimentations et les exutoires. Les dispositifs de drainage nécessitent un entretien régulier. •
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9. MÉTHODES DE CONFORTEMENT
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49.2 DISPOSITIF DE DRAINAGE… On distingue : Les drainages de surface ; Les ouvrages de collecte des eaux ; Les tranchées drainantes (figure1.19) ; Les drains subhorizontaux ; Les drains verticaux ; Les galeries et autres ouvrages profonds. Toutes ces techniques peuvent être utilisées seules ou associées, ou en complément d’autres techniques de stabilisation. •
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49.3 INTRODUCTION D’ÉLÉMENTS RÉSISTANTS
Murs de soutènement ; Figure 19. Tranchée drainante Tirants d’ancrage et murs ancrés ; Clouages par des barres, des micropieux (figure 1.21) ; Rangées de pieux, de barrettes ou de profilés métalliques. Ces techniques ne s’attaquent pas à la cause des mouvements mais visent à réduire ou à arrêter les déformations. Elles sont intéressant dan les cas où les solution curativ (terrassements et drainages) ne •
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9. MÉTHODES DE CONFORTEMENT 49.3 INTRODUCTION D’ÉLÉMENTS RÉSISTANTS…
Figure 20. Clouage d’un glissement
49.4 R EMBLAIS SUR SOL MOU •
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Différentes méthodes sont employées : Consolider le sol de fondation ; Diminuer la charge appliquée au sol de fondation (matériaux allégés) ; Renforcer le sol de fondation en y incluant des éléments résistants (colonnes
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