Stabilite Des Pentes

Stabilité Des Pentes Jamal BEN BOUZIYANE Ing., M.Sc.A., Ph.D & Mahmoud ELGONNOUNI Docteur en GC

Aout 2009

Description et classification des glissements de terrain.

- MOUVEMENTS CELEBRES:

- IMPORTANCE DES DEGATS : - PERTES EN VIES HUMAINES :

REGION

Parts de mollo France Po Le Thoronet France Var Conry France Moselle Friolin France Savoie Digne France Alpes des HP Val Pola Italie Ancona Italie Valezan France Savoie Mont Toc Italie Mont granier France Savoie Mont St Helen USA Flims Suisse Alika ( sous marin) Hawaï

ANNEE

1940 1984 1970 1980-1985 2002-2003 1987 1982 ~1800 1963 1248 1980 -15000 -30000

CUBATURE

1 hm3 2 hm3 4.5 hm3 10 hm3 20 hm3 30 hm3 100 hm3 150 hm3 280 hm3 500 hm3 2.30 km3 12 km3 300 km3

1248

Le Granier France

2 à 5000 morts

16ème siècle

Bolivie

2000 morts

1962

Pérou

4 à 5000 morts

1970

Pérou

18000 morts

1963

Vaïont Italie

2500 morts

Exemple du Japon : Morts sous glissement

% des catastrophes naturelles

1969

82

50

1970

27

26

1971

171

54

1972

239

44


- ECONOMIE : En 1976 aux USA

400 M$ coût direct 1000 M$ coût total (dévaluation des propriétés, pertes d’exploitation, pertes de revenus routiers)

Entre 1978 et 1988 dans le Var

53 sinistres (15 glissements, 29 écroulements, 2 coulées) = 41708 kF (coût moyen 926 kF, 6476 kF max)

– AU MAROC :

- 50 % du budget total allouée aux Directions Provinciales de l’Equipement (DPE) dans le Rif est la part due aux glissements de terrains .


- PRESENTATION DES PROBLEMES : ¤ ¤

Les pentes naturelles: l’état actuel résulte d’une histoire géologique . Les pentes artificielles : • Déblais : routes et autoroutes, carrières, mines … • Remblais :  Routes et voies ferrées…  Stockage de produits (Centre Technique d’Enfouissement, terrils constitués de stériles de mines…)  Barrages en terre

¤

Les problèmes de stabilité de talus :  Temporaires ;  Définitifs ;  Evolutifs.

Description et classification des glissements de terrain. - CLASSIFICATION DES GLISSEMENTS : -LES ECROULEMENTS

Ecroulementrocheux résultat d’unefissuration développée

Détachementde masse rocheusefauchée

Description et classification des glissements de terrain. - CLASSIFICATION DES GLISSEMENTS : -LES ECROULEMENTS

Ecroulement de surplomb

Description et classification des glissements de terrain. - CLASSIFICATION DES GLISSEMENTS : - LES GLISSEMENTS : __ LES GLISSEMENTS PAR ROTATION :

Glissement rotationnel simple


- LES GLISSEMENTS : __ LES GLISSEMENTS PAR ROTATION :

Glissement rotationnel complexe


- LES GLISSEMENTS : __ LES GLISSEMENTS PLANS :


- LES GLISSEMENTS : __ LES GLISSEMENTS PLANS :

- Le glissement en coins -


- LES GLISSEMENTS : __ LES GLISSEMENTS À SURFACE COMPLEXE :

Hétérogénéité des bancs + Géométrie parfois complexe d’un versant  Glissements à surfaces planes brisées ou courbes non circulaires. - LE FLUAGE :


- LES COULEES :


- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Facteurs révélateurs :


- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Fissures :


- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Dépressions et Bombements :


- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Escarpement :


- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Solifluxion :


- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ L’inclinaison des éléments verticaux :


- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Dommages infligés aux constructions :


- NOTIONS SUR LES CAUSES DES GLISSEMENTS :

__ GEOMETRIE : -Pente des talus trop importante -Actions anthropiques: Terrassements abusifs

__ HYDRAULIQUE : -Absence ou insuffisance de système de drainage ou d’évacuation des eaux -Actions de la neige et des cycles de gel et de dégel


__ GEOLOGIE ET GEOTECHNIQUE : -Présence de failles ou de zones broyées, de fissures ou micro - fissures -Substratum forte pente -Présence ponctuelle de couches de caractéristiques particulières -Terrain naturel tourmenté avec traces éventuelles d’arrachements -Compactage ou traitement du sol insuffisants -Utilisation incorrecte ou abusive de l’explosif en l’absence de prédécoupage -Evolution des caractéristiques mécaniques traduisant un vieillissement du matériau dû au fluage ou à des actions physico-chimiques __ AUTRES CAUSES : -Influence du trafic et des charges roulantes -Opérations de déboisement mal conduites sur les talus dont la stabilité superficielle est assurée par la présence de végétaux

Analyse de stabilité

- PRINCIPE : Il faut identifier :

Le modèle de rupture possible : Glissement plan, circulaire ou selon une surface quelconque.

la résistance au cisaillement du sol mobilisable le long de la surface potentielle de glissement : -

Les paramètres de la résistance au cisaillement. La répartition des pressions interstitielles. Les charges externes appliquées sur le talus. Le poids volumique du sol.

facteur de sécurité contre la rupture selon le principe de l’équilibre limite


Principe d’équilibre limite : -

la loi de la déformation du sol n’est pas considérée hypothèse: la résistance maximum du sol peut être mobilisée en même temps sur la surface de rupture considérée  convient bien au matériau élasto-plastique

problème pour les matériaux fragiles

: rupture progressive : la résistance maximale ne peut pas être mobilisée en même temps sur toute la surface de rupture. : phénomène de dilatance

Facteur de sécurité calculé pour surfaces de rupture jugées critiques

facteur de sécurité minimal


Pentes artificielles permanente: facteur de sécurité minimal de 1,5

Pentes temporaires : Fs minimal de 1,2

à 1,3

Facteur de sécurité appliqué aux forces ou aux moments selon les méthodes de calcul :

En termes de moments:


- CAS PARTICULIERS: __RUPTURE PLANE DANS UNE PENTE INFINIE DE SOL PULVERULENT :

__ NAPPE PHREATIQUE BASSE : L’effort moteur est le poids de la tranche considérée :

Les projections normale et tangentielle sur le plan de rupture hypothétique :


- CAS PARTICULIERS: __RUPTURE PLANE DANS UNE PENTE INFINIE DE SOL PULVERULENT :

__ NAPPE PHREATIQUE BASSE :


- CAS PARTICULIERS: __RUPTURE PLANE DANS UNE PENTE INFINIE DE SOL PULVERULENT _ NAPPE PHREATIQUE HAUTE : -

nappe phréatique à la surface du talus écoulement permanent parallèle à la pente

Equilibre de la tranche de largeur b: -

Le poids W= sat.h.b.cos

Composantes normale N et tangentielle T à la surface de glissement


- CAS PARTICULIERS: __RUPTURE PLANE DANS UNE PENTE INFINIE DE SOL PULVERULENT

_ NAPPE PHREATIQUE HAUTE : Poussée de l’eau parallèle à l’écoulement :

U= w.h.b.cos2


Poussée de l’eau parallèle à l’écoulement :

U= w.h.b.cos2

Résistance maximale mobilisable en cisaillement :

Tr = (N-U) tan

’ ≈ w

 relation approchée : l’eau augmente doublement le risque d’instabilité


__ CAS DES SOLS STRATIFIES :

Menace

de glissement sur une couche savon de pente  Méthode des coins

: étude de l’équilibre du volume de sol compris entre le plan amont AD et le plan aval BC

Forces de cisaillement motrices : -La composante P’a selon la direction AB de la poussée des terres Pa exercée à l’amont - La composante selon la direction AB du poids des terres W, soit : T=W sin


forces résistantes : - La composante P’p selon la direction AB de la butée du sol Pp - La résistance au cisaillement le long de AB :

R= c’. AB + ( W cos - U ) tan ’ : résultante des pressions de l’eau

c’ et  caractéristiques mécaniques effectives de la couche savon ’

Le coefficient de sécurité global est :

Approximations successives : position des plans AD et BC donnant la valeur minimale de Fs

La position la plus probable de BC : pied du talus où la butée Pp est la plus faible (plan B’C’)


__REMBLAI DE SOL COHERENT :



Ruptures des remblais : généralement circulaires Méthode de Taylor : paramètres de résistance au cisaillement non drainée (cu  0, u = 0)


Le facteur de sécurité par rapport aux moments :

En présence d’eau : La direction de la résultante des pressions interstitielles passe par le centre O: son moment est nul





Fs est le même

la connaissance de la pression interstitielle est sans grande importance quand on fait une analyse à court

terme d’un remblai de sol cohérent


- METHODES D’ANALYSE A SURFACE CIRCULAIRE: Dès la fin du XIXème siècle: l’hypothèse de surface de rupture circulaire

pleinement justifiée dans les cas de massifs argileux homogènes Seront traitées:

-

la méthode ordinaire des tranches :

très utilisée dans le passé la méthode de Bishop : considérée comme étant suffisamment précise


- METHODES D’ANALYSE A SURFACE CIRCULAIRE: Pour les deux méthodes: Pour une masse de sol divisée en n tranches

Nombre 1 n n n-1 n-1 n-1 5n-2 inconnues

Inconnues Facteur de sécurité Force normale à la base N xi localisation de la force normale N Force normale inter-tranche E Force de cisaillement inter-tranche X Localisation des forces inter-tranche yi


- METHODES D’ANALYSE A SURFACE CIRCULAIRE:

Nombre Equation d’équilibre pour chaque tranche n n n 3n

Degré

Equation des moments Equation des forces verticales Equation des forces horizontales Equation d’équilibre

d’hypestatisme : 2n-2


Equilibre général de la masse de sol définie par la surface de rupture: Moment renversant =  moment résistant Où :

wi ai =  i li R

wi : poids de la tranche ai : bras de levier i : résistance mobilisée à la base de la tranche li : longueur de la base de la tranche R : rayon du cercle


Résistance mobilisée et résistance mobilisable du sol:

Résistance au cisaillement du sol :


 Solution : détermination de la contrainte normale à la base de la tranche ’


__METHODES ORDINAIRE DES TRANCHES OU DE FELLINIUS

Hypothèse spécifiques : Les efforts inter-tranches sont ignorés. ’i = Wi cos αi / li


bras de levier :

Introduction de la pression interstitielle:


Difficultés lorsque la base de la tranche est trop inclinée. L’expression

devient négative pour α > 45°.

Contrainte effective négative inacceptable

 correction

Pas de problème si fissures de traction supposées au sommet


__METHODE DE BISHOP Hypothèse spécifique tranches nulle

 résultante verticale des forces interLa construction du funiculaire des forces appliquées à une tranche vertical

équilibre

’l = [w - ul cos α – (c’l / F) sin α] / [cos α + (tan ’ sin α) / F]


m (αi ) = cos αi ( 1 + tan αi tan ’i / F ) li= bi/ cos αi

Solution implicite

et Wi= ihibi ,

procédé de résolution itératif

MAIS rapidité de convergence Trois à quatre itérations suffisent habituellement


__COMPLEMENTS :

Comparaison des deux méthodes La M.O.T est plus sécuritaire que la méthode de BISHOP. En d’autres termes

Fs fourni par M.O.T inférieur à celui fourni par BISHOP En contraintes effectives les deux approches sont équivalentes -Poids total γ et pression interstitielle u -Poids déjaugé γ’ et force d’écoulement fe

Formules de Fs

dérivées : avec poids volumique totale γ


__COMPLEMENTS :

Surface critique Bonne méthode : usage des lignes isocontours

Cercles générés avec point commun : -Tous les cercles passent par un même point -Tangents à une même élévation -Ont le même rayon


Guide pour la localisation du cercle critique - Cercle critique passe souvent par le pied + Si friction est grande par rapport à la cohésion + Si φ = 0 mais cu augmente rapidement avec la profondeur + Si pente raide > 53°

- Cercle critique profond dans les autres cas

CERCLE CRITIQUE PASSANT PAR LE PIED

EXEMPLE: Analyse à long terme d’un déblai Friction effective de 25°/35° et cohésion effective nulle



DEBLAI A LA LIMITE DE

L’EQUILIBRE THEORIQUEMENT

CERCLE CRITIQUE TANGENT AU SUBSTRATUM

EXEMPLE: Analyse à long terme d’un déblai Friction effective de 23°/29° et cohésion effective de 15/20 kPa


- RESISTANCE AU CISAILLEMENT: la loi de Coulomb :

τr = c+ σ’ tan  Paramètres mécaniques à introduire dans les calculs fonction de deux types de considérations :

+ Type de calcul effectué : stabilité à court terme ou à long terme (il faut en principe faire les deux types de calcul) + Type de glissement : premier glissement ou glissement réactivé


__CAS D’UN REMBLAI:

le court terme semble le plus contraignant

pour un sol cohésif

Analyse de stabilité : -en terme de contrainte totales -paramètres de résistance non drainée

cu et u=0


__ CAS D’UN DEBLAI:

Pour le court terme comme pour le remblai, l’approche se fait en contraintes totales et sans s’intéresser au régime hydraulique.

Pour le long terme, l’analyse se fait en terme de contraintes effectives, à l’aide des paramètres c’, ’ et avec introduction de la pression interstitielle. Tout concourt à laisser penser que la cohésion mobilisée tend vers zéro dans le temps. Deux cas sont à considérer : « premier glissement » : le déblai est terrassé dans un sol vierge, qui n’a jamais glissé. On prendra ’= ’pic , c’ ≈ 0 ( 5 kPa par exemple) : caractéristiques ramollies ; « réactivation d’un glissement » : le déblai est terrassé dans un sol qui a déjà subi des glissements. Il faut adopter des caractéristiques résiduelles ’= ’res , c’≈ 0.


__CAS D’UN VERSANT NATUREL:

Fonction de la chronologie des glissements

une analyse en contraintes effectives en injectant: ou bien les paramètres de résistance ramollie (’= ’pic , c’ 0) quand il s’agit d’un premier glissement  ou bien les paramètres de résistance résiduelle (’= ’res , c’ 0) quand il s’agit d’un glissement réactivé

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