Ouvrage en Site Aquatique_Talus Et Pentes

MINISTER , D E S T RA INISTER E DE L ’É QUIPEMENT R A NSPORTS ET DU L OGEMENT C ENTRE E NTRE D ’É TUDES T ECHNIQUES E CHNIQUES M A R I TIME TI ME S E T F LUVIALES L UVIALES

Recommandations pour le CALCUL AUX ETATS-LIMITES DES OUVRAGES EN SITE AQUATIQUE

S éri ér i e : OUV OU V R A G E S

TALUS ET PENTES

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Talus et pentes Extrait de ROSA 2000 édition n°1 – © METL / CETMEF

RECOMMANDATIONS POUR LE CALCUL AUX ETATS-LIMITES DES OUVRAGES EN SITE AQUATIQUE TALUS ET PENTES TABLE DES MATIERES ___________

1.

OBJET _______________ ______________________ _______________ ________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _________ __ 4

2.

DESCRIPTI DESCRIPTION ON ET ET COMPORTE COMPORTEMENT MENT DES OUVRAGES______ OUVRAGES_____________ _____________ _____________ _____________ _______ _ 5

2.1 2.1 PRIN PRINCI CIPA PAUX UX TYP TYPES ES DE DE TALU TALUS S ET PEN PENTES TES ____ _______ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _ 5 2.1.1 TALUS DE DIGUES DIGUES _______________ ______________________ _______________ _______________ _______________ _______________ ______________ _______ 5 2.1.2 TALUS DE RIVE _______________ ______________________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ __________ ___ 5 2.1.3 TALUS DE DRAGAGE DRAGAGE ______________ ______________________ _______________ ______________ ______________ _______________ ______________ ______ 6 2.1.4 TALUS RENFORCES RENFORCES _______________ ______________________ ______________ ______________ _______________ _______________ ______________ _______ 6 2.2 2.2 CONC CONCEPT EPTIO ION N _____ ________ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ __ 7 2.3 2.3 MATER MATERIA IAUX UX CONS CONSTIT TITUTI UTIFS FS _____ ________ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ ____ _ 8 2.3.1 SOL DE FONDATION FONDATION ______________ _____________________ _______________ _______________ ______________ ______________ ______________ _______ 8 2.3.2 REMBLAIS _______________ ______________________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ ______________ _______ 8 2.3.3 TERRAINS NATURELS NATURELS DES TALUS DE RIVE ____________ ___________________ ______________ ______________ ____________ _____ 9 2.4 2.4 CONS CONSTRU TRUCTI CTION ON _____ _______ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ __ 9 2.4.1 DIGUES_________ DIGUES_________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______ 9 2.4.2 TALUS DE RIVE _______________ ______________________ ______________ _______________ _______________ ______________ ______________ __________ ___ 10 2.4.3 REMBLAI SOUS L’EAU ______________ _____________________ ______________ ______________ ______________ _______________ _____________ _____ 11 3.

SITUATI SITUATIONS ONS DE PROJET PROJET ______________ ______________________ _______________ ______________ _______________ _______________ ______________ ________ _ 12

4.

COMBINAISON COMBINAISONS S D’ACTIONS D’ACTIONS ___________ ___________________ _______________ _______________ _______________ _______________ ______________ ______ 13

4.1 4.2 4.2 5.

SYSTEME SYSTEMES S ETUDIES______ ETUDIES__________ ________ _______ _______ ________ _______ _______ _______ _______ ________ _______ _______ ________ _______ ______ ___ 13 CAS CAS DE CHAR CHARGE GE _____ _______ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _ 13

FORMULATIO FORMULATION N DES DES ET ETATS ATS LIMITES LIMITES __________ _________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______ 15

5.1 5.1 DESCR DESCRIPT IPTIO ION N DES PHEN PHENOM OMEN ENES ES A EVITER EVITER _____ ________ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ ____ _ 15 5.1.1 INSTABILITE INSTABILITE GLOBALE GLOBALE ______________ _____________________ _______________ _______________ ______________ _______________ ___________ ___ 15 5.1.2 INSTABILITE INSTABILITE HYDRAULIQUE HYDRAULIQUE ______________ _____________________ ______________ _______________ _______________ _____________ ______ 15 5.1.3 INSTABILITE INSTABILITE INTERNE INTERNE ______________ _____________________ ______________ ______________ _______________ _______________ ____________ _____ 16 5.1.4 DEPLACEMENTS DEPLACEMENTS ET DEFORMATIONS____ DEFORMATIONS___________ ______________ ______________ ______________ ______________ __________ ___ 16 5.2 CLASSEM CLASSEMENT ENT DES ETATS ETATS LIMITE LIMITES S ET COMBIN COMBINAIS AISONS ONS TYPES TYPES D’A D’ACTIO CTIONS NS ASSOC ASSOCIEES IEES 17 5.3 5.3 ASPEC ASPECTS TS PAR PARTIC TICUL ULIER IERS S LIES LIES A LA PRIS PRISE E EN COMPT COMPTE E DE LA SECU SECURI RITE TE _____ _______ ____ ____ ___ _ 18 6.

MODELISAT MODELISATION ION DU COMPORTEMENT COMPORTEMENT DE L’OUVRAGE L’OUVRAGE _____________ ____________________ _____________ _________ ___ 18

6.1 6.1 INSTA INSTABI BILI LITE TE GLOB GLOBAL ALE E : ETAT ETAT-L -LIMI IMITE TE DE DE GRAN GRAND D GLISS GLISSEM EMENT ENT ____ ______ _____ _____ ____ ____ _____ ____ _ 18 6.1.1 CHOIX DES SURFACES SURFACES DE RUPTURE POTENTIELLE POTENTIELLE _____________ ____________________ _____________ _________ ___ 18 6.1.2 CALCUL CALCUL DES RESISTANCES RESISTANCES _______________ ______________________ ______________ _______________ _______________ _____________ ______ 19 6.1.2.1 6.1.2.1 6.1.2.2 6.1.2.2 6.1.2.3 6.1.2.3

6.1.3 6.1.3.1 6.1.3.1 6.1.3.2 6.1.3.2 6.1.3.3 6.1.3.3 6.1.3.4 6.1.3.4

Résistanc Résistancee des des renforce renforcemen ments___ ts_______ _________ _________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ _______ ___ 19 Résistanc Résistancee du sol _________ _____________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ ______ __ 20 Homogé Homogénéis néisation ation ________ ____________ _________ _________ _________ _________ ________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ ______ _ 20

METHODES METHODES CLASSIQUES CLASSIQUES _______________ ______________________ ______________ ______________ ______________ ______________ _________ __ 21 Principe Principe _________ ______________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ ________ _________ _________ _________ _______ __ Méthodes Méthodes des tranches________ tranches____________ ________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ ______ __ Méthodes Méthodes globales globales ________ _____________ _________ _________ _________ _________ _________ ________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ ____ Prise en compte compte des renforce renforcemen ments ts et et inclusio inclusions ns ________ _____________ _________ ________ ________ ________ ________ _________ _________ _____ _

21 22 23 23

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RECOMMANDATIONS POUR LE CALCUL AUX ETATS-LIMITES DES OUVRAGES EN SITE AQUATIQUE TALUS ET PENTES TABLE DES MATIERES ___________

1.

OBJET _______________ ______________________ _______________ ________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _________ __ 4

2.

DESCRIPTI DESCRIPTION ON ET ET COMPORTE COMPORTEMENT MENT DES OUVRAGES______ OUVRAGES_____________ _____________ _____________ _____________ _______ _ 5

2.1 2.1 PRIN PRINCI CIPA PAUX UX TYP TYPES ES DE DE TALU TALUS S ET PEN PENTES TES ____ _______ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _ 5 2.1.1 TALUS DE DIGUES DIGUES _______________ ______________________ _______________ _______________ _______________ _______________ ______________ _______ 5 2.1.2 TALUS DE RIVE _______________ ______________________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ __________ ___ 5 2.1.3 TALUS DE DRAGAGE DRAGAGE ______________ ______________________ _______________ ______________ ______________ _______________ ______________ ______ 6 2.1.4 TALUS RENFORCES RENFORCES _______________ ______________________ ______________ ______________ _______________ _______________ ______________ _______ 6 2.2 2.2 CONC CONCEPT EPTIO ION N _____ ________ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ __ 7 2.3 2.3 MATER MATERIA IAUX UX CONS CONSTIT TITUTI UTIFS FS _____ ________ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ ____ _ 8 2.3.1 SOL DE FONDATION FONDATION ______________ _____________________ _______________ _______________ ______________ ______________ ______________ _______ 8 2.3.2 REMBLAIS _______________ ______________________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ ______________ _______ 8 2.3.3 TERRAINS NATURELS NATURELS DES TALUS DE RIVE ____________ ___________________ ______________ ______________ ____________ _____ 9 2.4 2.4 CONS CONSTRU TRUCTI CTION ON _____ _______ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ __ 9 2.4.1 DIGUES_________ DIGUES_________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______ 9 2.4.2 TALUS DE RIVE _______________ ______________________ ______________ _______________ _______________ ______________ ______________ __________ ___ 10 2.4.3 REMBLAI SOUS L’EAU ______________ _____________________ ______________ ______________ ______________ _______________ _____________ _____ 11 3.

SITUATI SITUATIONS ONS DE PROJET PROJET ______________ ______________________ _______________ ______________ _______________ _______________ ______________ ________ _ 12

4.

COMBINAISON COMBINAISONS S D’ACTIONS D’ACTIONS ___________ ___________________ _______________ _______________ _______________ _______________ ______________ ______ 13

4.1 4.2 4.2 5.

SYSTEME SYSTEMES S ETUDIES______ ETUDIES__________ ________ _______ _______ ________ _______ _______ _______ _______ ________ _______ _______ ________ _______ ______ ___ 13 CAS CAS DE CHAR CHARGE GE _____ _______ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _ 13

FORMULATIO FORMULATION N DES DES ET ETATS ATS LIMITES LIMITES __________ _________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______ 15

5.1 5.1 DESCR DESCRIPT IPTIO ION N DES PHEN PHENOM OMEN ENES ES A EVITER EVITER _____ ________ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ ____ _ 15 5.1.1 INSTABILITE INSTABILITE GLOBALE GLOBALE ______________ _____________________ _______________ _______________ ______________ _______________ ___________ ___ 15 5.1.2 INSTABILITE INSTABILITE HYDRAULIQUE HYDRAULIQUE ______________ _____________________ ______________ _______________ _______________ _____________ ______ 15 5.1.3 INSTABILITE INSTABILITE INTERNE INTERNE ______________ _____________________ ______________ ______________ _______________ _______________ ____________ _____ 16 5.1.4 DEPLACEMENTS DEPLACEMENTS ET DEFORMATIONS____ DEFORMATIONS___________ ______________ ______________ ______________ ______________ __________ ___ 16 5.2 CLASSEM CLASSEMENT ENT DES ETATS ETATS LIMITE LIMITES S ET COMBIN COMBINAIS AISONS ONS TYPES TYPES D’A D’ACTIO CTIONS NS ASSOC ASSOCIEES IEES 17 5.3 5.3 ASPEC ASPECTS TS PAR PARTIC TICUL ULIER IERS S LIES LIES A LA PRIS PRISE E EN COMPT COMPTE E DE LA SECU SECURI RITE TE _____ _______ ____ ____ ___ _ 18 6.

MODELISAT MODELISATION ION DU COMPORTEMENT COMPORTEMENT DE L’OUVRAGE L’OUVRAGE _____________ ____________________ _____________ _________ ___ 18

6.1 6.1 INSTA INSTABI BILI LITE TE GLOB GLOBAL ALE E : ETAT ETAT-L -LIMI IMITE TE DE DE GRAN GRAND D GLISS GLISSEM EMENT ENT ____ ______ _____ _____ ____ ____ _____ ____ _ 18 6.1.1 CHOIX DES SURFACES SURFACES DE RUPTURE POTENTIELLE POTENTIELLE _____________ ____________________ _____________ _________ ___ 18 6.1.2 CALCUL CALCUL DES RESISTANCES RESISTANCES _______________ ______________________ ______________ _______________ _______________ _____________ ______ 19 6.1.2.1 6.1.2.1 6.1.2.2 6.1.2.2 6.1.2.3 6.1.2.3

6.1.3 6.1.3.1 6.1.3.1 6.1.3.2 6.1.3.2 6.1.3.3 6.1.3.3 6.1.3.4 6.1.3.4

Résistanc Résistancee des des renforce renforcemen ments___ ts_______ _________ _________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ _______ ___ 19 Résistanc Résistancee du sol _________ _____________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ ______ __ 20 Homogé Homogénéis néisation ation ________ ____________ _________ _________ _________ _________ ________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ ______ _ 20

METHODES METHODES CLASSIQUES CLASSIQUES _______________ ______________________ ______________ ______________ ______________ ______________ _________ __ 21 Principe Principe _________ ______________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ ________ _________ _________ _________ _______ __ Méthodes Méthodes des tranches________ tranches____________ ________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ ______ __ Méthodes Méthodes globales globales ________ _____________ _________ _________ _________ _________ _________ ________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ ____ Prise en compte compte des renforce renforcemen ments ts et et inclusio inclusions ns ________ _____________ _________ ________ ________ ________ ________ _________ _________ _____ _

21 22 23 23

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6.1.3.5 6.1.3.5

Expressi Expression on formelle formelle de la condition condition d’état-lim d’état-limite ite ________ ____________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ______ __ 24

6.1.4 THEORIE DU CALCUL CALCUL A LA RUPTURE ________ _______________ ______________ _______________ _______________ ___________ ____ 6.1.5 CHOIX D’UNE METHODE METHODE DE CALCUL CALCUL ______________ ____________________ _____________ ______________ _____________ _______ _ 6.2 INSTAB INSTABILIT ILITE E HYDRA HYDRAULI ULIQUE_____ QUE________ ______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ ______ __ 6.3 INSTAB INSTABILIT ILITE E INTERNE_ INTERNE_____ ________ _______ _______ ________ ________ _______ _______ ________ _______ _______ ________ ________ _______ _______ _____ _ 6.3.1 ETENDUE ETENDUE DES VERIFICATIONS VERIFICATIONS ______________ _____________________ ______________ ______________ ______________ ____________ _____ 6.3.2 GLISSEMENT GLISSEMENT A L’INTERFACE L’INTERFACE SOL-INCLUSIO SOL-INCLUSION N ______________ _____________________ ______________ _____________ ______ 6.3.3 RUPTURE RUPTURE LOCALE LOCALE DU SOL__________________ SOL_________________________ ______________ _______________ _______________ ___________ ____ 6.3.4 RESISTANCE RESISTANCE STRUCTURALE STRUCTURALE DES INCLUSIONS INCLUSIONS ______________ _____________________ ______________ _____________ ______ 6.4 TASSEME TASSEMENTS NTS _______ ___________ _______ _______ ________ ________ _______ _______ ________ ________ _______ _______ ________ _______ _______ ________ _______ ___ 6.4.1 CALCUL CALCUL DES TASSEMENTS TASSEMENTS ______________ ______________________ _______________ _______________ _______________ ______________ _______ 6.4.2 ETUDE DE LA CONSOLIDAT CONSOLIDATION___ ION__________ ______________ _______________ _______________ ______________ ______________ ________ _ 6.4.2.1 6.4.2.1 6.4.2.2 6.4.2.2 6.4.2.3 6.4.2.3 6.4.2.4 6.4.2.4

7.

Introducti Introduction on ________ ____________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ _________ _________ ________ _________ _________ _________ _________ ______ __ Consolida Consolidation tion unidimen unidimensionn sionnelle_ elle_____ ________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ ________ _________ _________ ________ _______ ___ Consolida Consolidation tion radiale radiale ________ ____________ ________ ________ _________ _________ ________ _________ _________ ________ ________ _________ _________ ________ _____ _ Construct Construction ion graphiqu graphiquee d’Asaok d’Asaokaa ________ ____________ _________ _________ ________ ________ _________ _________ ________ ________ _________ ________ ___

28 28 30 30

COEFFICIEN COEFFICIENTS TS PARTIELS PARTIELS _____________________ _____________________________ _______________ ______________ _______________ ______________ ______ 32

7.1 7.1 COEF COEFFIC FICIEN IENTS TS DE VALE VALEUR UR _____ _______ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _ 7.2 7.2 COEF COEFFIC FICIEN IENTS TS DE MODE MODELE LE ____ _______ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ __ 7.2.1 EN SITUATIONS SITUATIONS DURABLES DURABLES ET TRANSITOIRES TRANSITOIRES _____________ ____________________ ______________ _____________ _______ _ 7.2.2 EN SITUATIONS SITUATIONS ACCIDENTEL ACCIDENTELLES LES _______________ ______________________ ______________ ______________ _______________ _________ _ 8.

24 25 25 25 25 25 26 26 27 28 28 28

32 33 33 34

TEXTES TEXTES DE REFERENCE REFERENCE ______________ ______________________ _______________ ______________ _______________ _______________ ______________ ________ _ 35

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RECOMMANDATIONS POUR LE CALCUL AUX ETATS-LIMITES DES OUVRAGES EN SITE AQUATIQUE TALUS ET PENTES ___________

1.

OBJET

Le présent fascicule présente les règles de justification semi-probabilistes aux états-limites pour les talus et pentes aménagés aux abords des ouvrages en site aquatique, dont la stabilité propre a une incidence sur : ♦ la stabilité de ces ouvrages et leurs fondations, ♦ leurs conditions d’exploitation.

Il peut s’agir de talus ou d’une berge aménagés à l’aide d’une succession de travaux de dragage et de remblaiement comportant ou non des dispositifs de protection (enrochements) ou des renforcements (inclusions). Toutefois les protections sont traitées, avec leurs conditions de stabilité, dans le fascicule Digues des voies navigables. Le fascicule a pour objet : ♦ d’établir le canevas des justifications en cohérence avec le format semi-probabiliste aux

états-limites décrit dans les Directives Communes de 1979 relatives au calcul des constructions, et dans les Eurocodes (voir la section 5 de ce fascicule),

♦ d’exposer les modèles employés pour écrire les conditions d’état-limite (voir la section 6 de

ce fascicule),

♦ de proposer des valeurs des coefficients de modèle (voir la section 7.2 de ce fascicule).

Les vérifications des talus et pentes sous l’action sismique ne sont pas décrites dans ce fascicule ; il convient de se reporter au document STC ER-QG 94.02 de juin 1994 : Risques dynamiques pour les ouvrages maritimes et fluviaux - fascicule N°1 - Prise en compte du séisme dans la conception et la justification des ouvrages portuaires intérieurs neufs. Ce fascicule ne doit pas être utilisé séparément des autres fascicules qui forment l’ensemble des Recommandations pour le calcul aux états-limites des ouvrages en site aquatique, en particulier Digues des voies navigables pour la vérification des protections, et Écoulement des eaux pour les problèmes d’affouillement.

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Ce fascicule ne traite pas de la qualité des travaux ni du contrôle de leur exécution. Il n’aborde la conception et l’exécution des ouvrages que dans ce qui apparaît nécessaire à l’intelligence de leurs règles de justification.

2.

DE S CR IP TION E T COMPOR TE MENT D E S OUV R AG E S

2.1 PRINCIPAUX TYPES DE TALUS ET PENTES 2.1.1 TALUS DE DIGUES D’une manière générale, ces talus sont constitués à partir de remblais pouvant inclure des enrochements, de remblais de sable mis en place par voie hydraulique par exemple, ou une combinaison de ces deux types de matériaux (voir le fascicule Digues des voies navigables). Les profils sont choisis en fonction des matériaux disponibles, des hauteurs d’eau et des conditions d’agression liées aux agents maritimes (houle, marée, courant...) ainsi que des conditions d’utilisation futures. Les conditions de stabilité sont fonction : ♦ des pentes choisies, ♦ du poids et du diamètre des protections en enrochement, ♦ des conditions de filtre (granulométrie entre deux couches de composition différente), ♦ de la qualité des matériaux mis en œuvre et de leur faculté de consolidation, laquelle peut

être améliorée par des procédés variés tels que drainage, vibroflottation, compactage dynamique... ,

♦ de la qualité de l’assise de l’ouvrage (nature du terrain, efficacité des purges effectuées...).

2.1.2 TALUS DE RIVE Les talus de rive incluent généralement la mise en œuvre de travaux de déblaiement ou de dragage et la mise en place de remblais soit sur un profil libre, soit en les associant à des soutènements (rideau de palplanches ancré ou non, revêtement de berges perméable ou non...). Une différence fondamentale à prendre en compte pour le comportement de ces ouvrages par rapport à celui de digues correspond à la prise en considération du terrain naturel : ♦ stratigraphie, hétérogénéité des couches, ♦ discontinuités pouvant naître dans des massifs rocheux,

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♦ écoulements et relations avec une nappe phréatique...

Il y a lieu d’apprécier les propriétés et particularités des milieux naturels existants, leur sensibilité aux procédés et techniques de travaux prévus et les possibilités d’améliorations envisageables : ♦ diminuer l’influence d’un facteur défavorable (purge de mauvais matériaux, drainage pour

accélérer les consolidations...),

♦ limiter a priori l’influence d’un facteur mal connu mais dont l’importance peut être

considérable : drainage, rabattement, renforcement par mise en place d’inclusion, densification...

2.1.3 TALUS DE DRAGAGE Les talus de dragage résultent de l’intervention d’équipements de dragage sur des talus naturels ou remblayés, qu’il s’agisse de procéder à une mise en configuration définitive du talus ou de travaux d’entretien visant à rétablir le tirant d’eau nécessaire à la suite d’envasement ou d’ensablement. Il faut veiller à : ♦ ne pas compromettre la stabilité d’un talus en accentuant sa pente, ♦ ne pas altérer les dispositifs de protection éventuellement en place, ♦ ne pas atteindre une profondeur excessive susceptible de compromettre la stabilité propre

du talus.

2.1.4 TALUS RENFORCES Le renforcement des talus est requis lorsque les contraintes géométriques ou d’exploitation ne permettent pas de donner au talus sa pente naturelle tout en garantissant une stabilité satisfaisante. Il peut s’agir d’un renforcement : ♦ par inclusions rigides dans le terrain (armatures métalliques scellées au coulis de ciment) ;

cette méthode est adaptée au renforcement de talus de déblais,

♦ par des géomatériaux (armatures ou nappes textiles ou plastiques mises en place au fur et

à mesure de la montée d’un remblai) ; dans ce cas, les renforcements « frettent » le terrain en lui conférant une cohésion fictive. Ce type de renforcement fait l’objet de dimensionnements spécifiques souvent attachés au procédé mis en œuvre.

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2.2 CONCEPTION Le comportement des talus conditionne le plus souvent celui des ouvrages établis en amont. Leurs analyses sont donc indissociables. On notera, par ailleurs, que la construction d’un ouvrage sur le flanc ou en crête d’une pente peut avoir comme conséquence de déstabiliser une pente initialement stable. La stabilité d’une pente sous marine ou d’un talus qui émerge (sous un quai sur pieux, par exemple) est fonction d’un grand nombre de paramètres : ♦ géométrie, et particulièrement l’inclinaison sur l’horizontale, ♦ propriétés des terrains dans lesquels la pente est aménagée : • densité, • composition granulométrique, • perméabilité, • résistance au cisaillement, • compressibilité, ♦ présence éventuelle de soutènements, ♦ actions exercées : • charges directes ou indirectes, • houle et courant, • pressions hydrauliques liées aux variations plus ou moins régulières des conditions

hydrauliques du site (marées, crues, confinement de nappe),

• éboulements dus à des travaux proches (battage, vibrations...) ou à des

phénomènes naturels (séismes).

Les renforcements ou inclusions sont dans la majorité des cas des éléments passifs mis en place verticalement ou avec une faible inclinaison sur la verticale ; de ce fait, ils sont sollicités à la flexion et au cisaillement plutôt qu’en traction.

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2.3 MATERIAUX CONSTITUTIFS 

En complément du fascicule Valeurs représentatives des propriétés de base des matériaux . 2.3.1 SOL DE FONDATION

Le comportement du sol de fondation doit pouvoir être apprécié en matière : ♦ de tassement et de vitesse de consolidation, ♦ de résistance aux cisaillements vis-à-vis du risque de grand glissement.

2.3.2 REMBLAIS Les matériaux de remblais utilisés pour la constitution des digues et talus sous marins sont généralement choisis en fonction des disponibilités locales, pour des raisons évidentes d’économies. Ils correspondent le plus souvent : ♦ à des sables mis en place par voie hydraulique ou transportés par barges et mis en place

par clapages. Il faut alors veiller :

• à l’homogénéité du matériau, spécialement si celui-ci est extrait par des dragues

suceuses (risque de mélange avec des éléments fins). Le sable de remblai doit contenir le moins possible de vase et d’argile, la teneur admissible est fonction non seulement de l’ouvrage prévu et de la qualité exigée des terrains portuaires projetés mais aussi du moment auquel les terrains devront être prêts pour des terrassements et autres travaux ultérieurs (fondations, stockages...). Dans cette optique, le mode d’obtention et de remblaiement revêt une grande importance et doit être sévèrement contrôlé. Quand les terrains sont destinés à des installations coûteuses et sensibles aux tassements, on doit exiger pour le sable de remblais une teneur en éléments fins (< 0,08 mm) inférieure à 10 %,

• à l’allure de sa granulométrie, celle-ci étant prépondérante pour les conditions de

mise en place et de densification. Dans toute la mesure du possible, on aura avantage à mettre en place des matériaux à granulométrie étalée,

♦ à des enrochements ou un tout venant de carrière, mis en place par clapage.

On aura avantage, pour favoriser une meilleure mise en place et l’obtention de ces densités optimales, à utiliser des matériaux à granulométrie relativement continue. On limite ainsi en particulier : ♦ le tassement lié à la consolidation propre du remblai. Le tassement propre d’un tout venant

rocheux à granulométrie continue peut être de l’ordre de 1 à 2 %,

♦ le tassement lié à la pénétration des sols sous-jacents entre les éléments constructifs du

remblai, si celui-ci a une granulométrie trop discontinue. Suivant les cas, la mise en place d’une première couche de base répondant aux conditions de filtre vis-à-vis des sols d’assise peut être requise.

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2.3.3 TERRAINS NATURELS DES TALUS DE RIVE Outre les investigations usuelles, nécessaires à la définition précise des propriétés des terrains à taluter, de manière à pouvoir en évaluer la stabilité, on portera une attention toute particulière aux points suivants : ♦ repérage de la stratification des terrains sédimentaires, les plans de stratification pouvant

constituer des plans de rupture préférentiels,

♦ analyse des discontinuités (fracturation, fissuration, stratification) pouvant affecter les

terrains de type rocheux et recherche des combinaisons les plus favorables de ces discontinuités vis-à-vis de la stabilité de dièdres découpés par le talus projeté,

♦ analyse des conditions de drainage du massif et des possibilités de mise en charge le long

des discontinuités existantes,

♦ examen des conditions de dissipation d’éventuelles surpressions interstitielles liées à des

variations de niveau du plan d’eau, à des crues de la nappe ou à d’autre causes extérieures (surcharges...),

♦ recherche des solutions de drainage du massif.

2.4 CONSTRUCTION 2.4.1 DIGUES Les digues sont rarement fondées sur des sols déjà en place sans que ceux-ci aient donné lieu à des travaux préalables : ♦ purge des matériaux de mauvaise qualité, ♦ pré-terrassement permettant de disposer d’une couche d’assise homogène et relativement

horizontale ou disposée en gradins, de manière à améliorer les conditions de comportement et de stabilité d’ensemble (tassement différentiel...).

Dans certains cas, le pré-terrassement permet un enracinement d’éléments de protection de l’ouvrage, contre l’érosion ou contre les effets ultérieurs des dragages d’entretien : traitement de consolidation ou de renforcement tels que drainage, mise en place d’inclusions... Certains de ces traitements peuvent être différés après la construction de tout ou partie de l’ouvrage, pour en améliorer aussi bien l’efficacité que les conditions d’exécution. La plupart des travaux préalables visent à améliorer le comportement de l’ouvrage vis-à-vis du risque de rupture du sol d’assise ou de grand glissement qui se développerait en grande partie au sein de l’assise. Leur nécessité doit être évaluée en fonction de l’assise et des sollicitations du projet ( houle, charges d’exploitation…).

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2.4.2 TALUS DE RIVE Pour ce qui concerne les talus de rive, il est souvent nécessaire de procéder à des dragages préalables, pour ménager les tirants d’eau souhaités et permettre la mise en place des protections prévues. Ces phases préalables correspondent souvent à une stabilité précaire des talus provisoires, au cours desquelles, même si des accidents perceptibles ou importants ne sont pas observés, on peut enregistrer des décompressions ou des amorces de glissement pouvant conduire à une diminution des propriétés des terrains en place (passage aux résistances résiduelles - voir le fascicule Valeurs représentatives des propriétés de base des matériaux ) qui se traduisent par des risques supplémentaires de mauvais comportement de l’ouvrage définitif. Il importe donc d’être particulièrement attentif à l’exécution et à la conception de ces phases provisoires et de mettre en place les dispositifs nécessaires à l’appréciation du comportement du massif (instrumentation de suivi par inclinomètres, tassomètres, cellules de pression interstitielles...). Il convient par ailleurs d’être particulièrement attentif aux techniques qui auront à être mises en œuvre pour les aménagements ultérieurs. C’est le cas tout spécialement : ♦ de la mise en place de fondations profondes, certaines techniques de battage ou de

vibrofonçage pouvant conduire à des liquéfactions temporaires plus ou moins importantes de certains types de sols ou de remblais (sables à certaines densités, silts...),

♦ de travaux de terrassement affectant le talus lui-même ou son assise, ♦ de dragage ultérieur d’approfondissement qui risquent en particulier de conduire à une

augmentation de la pente et donc à une modification des conditions de stabilité.

La mise en œuvre des talus et pentes s’effectue en partie supérieure par voie terrestre et à la marée avec des engins classiques (pelle mécanique à bras long) voire à la dragline. En partie inférieure constamment immergée, on a fréquemment recours, pour réaliser la souille d’accès des navires, à des dragues à godets, dragues aspiratrices..., en fonction de la nature des sédiments à prélever et à évacuer. A l’expérience, ces travaux ne sont pas exempts de risques et l’on a intérêt à être vigilant quant aux tolérances admissibles vis à vis du positionnement planimétrique de la drague au travail et de la précision altimétrique de l’engin. Le risque majeur réside en un creusement mal maîtrisé du pied du talus qui pourrait amorcer alors une instabilité générale de la berge. En crête de berge, deux principaux cas de figure peuvent se présenter : ♦ la berge est déjà remblayée : les sujétions qui en découlent pour l’ouvrage à construire sont

très sensiblement atténuées pour ce qui concerne la stabilité générale et les tassements des terrains alluvionnaires sous-jacents,

♦ la berge est à créer : il convient alors d’être particulièrement prudent ; en effet, les remblais

de mise hors d’eau de la plate-forme, qui proviennent fréquemment des produits de dragage de la souille mis en œuvre par voie hydraulique, provoquent des tassements des terrains sous-jacents. Si la surcharge apportée est trop importante, on s’expose à un risque de rupture générale de la berge.

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Dans ces conditions, et notamment en présence des terrains compressibles de forte épaisseur (risque de rupture), on a intérêt à disposer les remblais par étapes successives et, en tout cas, aussi tôt que possible avant le début des travaux de fondation de l’ouvrage, de manière à ce que la majeure partie de la consolidation des horizons compressibles soit obtenue très tôt. Dans le cas contraire, il en résultera des sujétions de conception et de dimensionnement souvent sévères pour prendre en compte les effets sur l’ouvrage des sollicitations parasites dues aux terrains : frottement négatif et efforts horizontaux sur les pieux de fondation (voir le fascicule Actions du terrain). 2.4.3 REMBLAI SOUS L’EAU Pour des remblaiements sous l’eau, il est diff icile d’atteindre des densités en place Dr ~ 0,5 si bien qu’il faut en général s’attendre à obtenir une couche de remblai assez lâche. Pour certains ouvrages, cela peut conduire à prévoir des traitements de densification (vibroflottation par exemple) pour améliorer les propriétés du remblai et son comportement vis-à-vis des risques de glissement ou de tassement. Des résultats spectaculaires peuvent obtenus par ces techniques. Dans le mode de remblaiement hydraulique, il n’est pas possible, sans dispositions particulières, de réaliser sous eau des pentes données ou même de manière approchée, des surfaces horizontales : le remblai se dépose en effet sous la forme d’une succession de cordons plus ou moins imbriqués, dont les flancs se calent à la pente naturelle. Il faut ensuite prévoir un réglage, par dragage par exemple. Pour un sable moyen en eau calme, la pente naturelle est de 3/1 à 4/1. A des profondeurs à partir de 2 m sous le niveau d’eau, elle peut atteindre 2/1. En cas d’écoulement, les pentes sont encore plus faibles. Les enrochements ou tout-venants de carrière peuvent donner lieu à des pentes naturelles pouvant dépasser 2/1. Les affaissements de sols pulvérulents dépendent de la granulométrie, de la forme des grains, de leur rugosité, de leur teneur en eau initiale, de la densité en place initiale. Ils sont d’autant plus grands que le sol est lâche. Pour des sables fins et uniformes, ils peuvent atteindre 8 %. Même après un compactage très élevé, ils peuvent encore atteindre 1 à 2 %. Les affaissements sont en général plus importants pour des grains ronds que pour des grains anguleux. Des essais sur modèle réduit peuvent être facilement entrepris et donnent des résultats assez précis s’ils sont convenablement conçus. 

Voir aussi les modes de construction des autres types d’ouvrages : ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

Quais-poids Gabions de palplanches Écluses Barrages mobiles Quais sur pieux Ducs d’Albe Rideaux de soutènement Digues des voies navigables Parties en béton des ouvrages Structures métalliques

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3.



S ITUA TIONS DE PR OJ E T

Voir l’application à un CCTP.

Il faut prendre en compte chacune des phases prévues au cours de la construction ou de l’aménagement. Certains des paramètres entrant dans le calcul peuvent évoluer dans la vie de l’ouvrage : la pente, la densité du terrain (dans le cas d’un remblai par exemple), les conditions de drainage (avec les conséquences sur les propriétés drainées ou non drainées des sols à considérer dans les calculs), les actions extérieures, la corrosion des renforcements éventuels. La distinction entre les situations de court terme et de long terme est pertinente tant pour le choix des propriétés de résistance au cisaillement des sols (propriétés drainées, propriétés non drainées, selon la nature des matériaux), que pour la fixation des niveaux de nappe dans les massifs de sol, et plus généralement des champs de pressions interstitielles. On s’attachera, en cas d’équilibre a priori précaire, à apprécier les déformations envisageables pour pouvoir estimer l’évolution des propriétés du matériau (passage aux propriétés résiduelles). La réalisation de certains travaux peut, directement ou indirectement conduire à une remise en cause d’équilibres acquis : ♦ la mise en œuvre de techniques impliquant des vibrations ou un battage (mise en place de

pieux, consolidation,...) peut conduire à une altération de certaines propriétés du sol (cohésion,...) ou à la manifestation de surpressions interstitielles temporaires ;

♦ la réalisation de travaux de dragage et de mise en configuration définitive des pentes.

Pour ce qui concerne les ouvrages de remblai, on considère chaque phase successive d’apport de matériau. L’élément pertinent pour l’analyse des propriétés des matériaux est l’état de consolidation de ceux-ci, spécialement s’ils doivent donner lieu à un traitement de densification ou de consolidation artificielle. Le même raisonnement s’applique aux ouvrages de rive dont l’aménagement nécessite des dragages ou des déblais préalables. Les phases de densification sont souvent critiques et il faudra veiller à ce qu’elles interviennent à un moment opportun de la construction. 

Voir aussi les situations de projet des autres types d’ouvrages : ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦


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

4.

Voir aussi les généralités sur les situations de projet.

COMB INAIS ONS D’AC TIONS

4.1 SYSTEMES ETUDIES

Ins tabilité globale : le système est constitué par un massif de sol délimité par une surface de rupture potentielle variable, pouvant englober certains éléments de structure (ancrages, renforcements, fondations...). On cherche à déterminer la surface de rupture la plus défavorable : celle-ci peut être différente selon les actions exercées, les règles de sécurité adoptées pour les divers paramètres, les propriétés des sols (étude à court ou à long terme)...

Instabilité hydraulique : elle concerne l’aptitude des matériaux constitutifs du talus et des protections à résister aux courants d’écoulement tant intérieurs qu’extérieurs au massif de sol.

Instabilité interne : elle concerne les renforcements et dispositifs de soutènement éventuellement mis en place. Les éléments qui doivent faire l’objet d’une vérification sont : ♦ les éléments de renforcement (ancrages, inclusions...), ♦ les éléments de soutènement (écrans...).

Comme précédemment, la frontière du système peut varier avec les surfaces de rupture prises en compte.

Déplacements et déformations : le système est constitué par les parties d’ouvrage examinées.

4.2 CAS DE CHARGE Les cas de charge sont composés des éléments suivants : ♦ actions permanentes : poids propre du sol en place ou rapporté, poids propre des

structures faisant partie du système ou agissant sur celui-ci, situées dans la zone d’influence de l’ouvrage,

♦ action de l’eau, résultant des pressions interstitielles dans le massif ou les remblais et

prenant en compte d’éventuels écoulements ; l’effet de la houle sur les pressions interstitielles est traité dans le fascicule Actions quasi-statiques des niveaux d’eau,

♦ actions variables, selon le cas, ♦ actions accidentelles : séismes, conditions hydrauliques exceptionnelles (crues...),

diminution totale ou partielle des propriétés du sol liée à des phénomènes vibratoires conduisant à un remaniement du sol (battage, vibro-fonçage...) - dans ce cas, elles sont très difficiles à quantifier,

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♦ Renforcements : s’agissant d’un « système » délimité par une surface de rupture

potentielle dont la position peut varier, un élément de renforcement donné peut être considéré comme action à l’égard de certaines situations, et comme résistance (réaction) pour d’autres. La distinction entre actions et réactions pourrait faire l’objet de choix différents suivant la méthode de calcul employée et selon la façon dont les renforcements sont pris en compte :

• la composante tangentielle des efforts dans les éléments précontraints ou tendus

sur la surface de rupture potentielle est considérée comme une action,

• la composante normale à la surface de rupture potentielle est considérée comme

une résistance,

• les éléments tels que pieux ou inclusions sont des résistances. 

Voir aussi les cas de charge pour les autres types d’ouvrages : ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦




Voir aussi les généralités sur les combinaisons d’actions.

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5.

FOR MULATION DE S E TA TS LIMITE S

5.1 DESCRIPTION DES PHENOMENES A EVITER 5.1.1 INSTABILITE GLOBALE

Grand glissement : le phénomène de glissement, de décompression du sol ou de rupture suivant une surface traversant le massif de sol correspond au dépassement des capacités de résistance mobilisable : ♦ par le fait d’actions « extérieures » trop élevées (temporairement ou non), ♦ ou par une minoration (temporaire ou non) de ces efforts résistants mobilisables.

Pour les justifications de la stabilité globale, on examinera donc la stabilité d’un massif délimité par des surfaces de ruptures potentielles appartenant à des familles dont la forme est choisie en fonction de la connaissance que l’on a pu acquérir du massif et du remblai (le cas échéant). On compare, pour chaque surface de rupture potentielle, les efforts moteurs résultant des actions « extérieures » avec les capacités de résistance mobilisable.

Rupture localisée : on note aussi le phénomène de rupture localisée d’un talus, dont une frange se déplace pour se rapprocher de sa position d’équilibre ; le défaut de protection ou la mise en œuvre d’une protection mal adaptée peuvent aussi conduire à une modification locale des pentes ou talus, voire à une remise en cause générale de leur stabilité. Cet état-limite n’est pas détaillé dans la suite. 5.1.2 INSTABILITE HYDRAULIQUE

Érosion (ou dégradation) des protections : se reporter au fascicule Digues des voies navigables. Conditions de filtre : se reporter au fascicule Digues des voies navigables. Boulance, érosion régressive : leur apparition est le plus souvent liée à une cause extérieure : modification brutale des conditions hydrologiques du fait de terrassements, défaut de drainage ou avarie à un dispositif de drainage, entraînant des surpression interstitielles excessives... Se reporter aux fascicules Gabions de palplanches (érosion régressive) et Rideaux de soutènement (boulance). Liquéfaction : la perte totale de résistance des talus et pentes soumis à l’action de la houle est un phénomène difficile à prendre en compte ; cité ici pour mémoire, il n’est pas abordé plus avant dans ce fascicule. 

Voir aussi la liquéfaction sous séisme.

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5.1.3 INSTABILITE INTERNE

Résistance des ancrages ou des inclusions : sollicités le plus souvent à la traction, parfois au cisaillement, les renforcements obéissent à un critère incluant à la fois : ♦ la résistance structurale de l’ancrage ou de l’inclusion, ♦ son comportement dans le terrain au sein duquel il est scellé : glissement à l’interface

sol-inclusion, ♦ les capacités de résistance du sol : rupture locale du sol .

Résistance des ouvrages de soutènement : se reporter aux fascicules Rideaux de soutènement et Gabions de palplanches. Ces états-limites ne sont pas détaillés dans la suite. 5.1.4 DEPLACEMENTS ET DEFORMATIONS

Tassement : dans certains cas, une estimation de la déformation peut être nécessaire, lorsqu’on se propose de mettre en place sur ou aux abords immédiats des ouvrages : ♦ des constructions sensibles aux tassements différentiels, ♦ des fondations profondes pour lesquelles il importe de déterminer l’épaisseur du terrain qui

peut donner lieu à des frottements négatifs et à des poussées latérales.

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5.2 CLASSEMENT DES ETATS LIMITES ET COMBINAISONS TYPES D’ACTIONS ASSOCIEES Les justifications de la non-occurrence des états-limites est effectuée à l’aide des combinaisons types d’actions indiquées ci-dessous.

Etat-limite

Catégorie

Combinaisons types associées

INSTABILITE GLOBALE Grand glissement

ELU

fondamentale / accidentelle

INSTABILITE INTERNE Glissement à l’interface sol-inclusion

ELU


Rupture locale du sol

ELU


Résistance structurale des inclusions

ELU


INSTABILITE HYDRAULIQUE Boulance

Se reporter au fascicule Rideaux de soutènement

Érosion régressive

Se reporter au fascicule Gabions de palplanches

Érosion des protections

Se reporter au fascicule Digues des voies navigables

Conditions de filtre


DEPLACEMENTS ET DEFORMATIONS Tassement 

ELS

quasi-permanente

Voir aussi les états-limites à vérifier pour d’autres types d’ouvrages : ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦


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5.3 ASPECTS PARTICULIERS LIES A LA PRISE EN COMPTE DE LA SECURITE Les exigences en matière de sécurité peuvent être moins sévères pour les situations transitoires que pour l’ouvrage définitif. Les coefficients de modèle traduisent l’ignorance des mécanismes et phénomènes en jeu. La prise en compte d’un système de coefficients partiels ne doit pas dispenser de réaliser une étude de sensibilité aux variations des paramètres fondamentaux : ♦ paramètres de résistance au cisaillement (ϕ et c), ♦ paramètres relatifs à la pression interstitielle.

Les talus et pentes doivent être vérifiés vis-à-vis des états-limites des ouvrages avoisinants.s

6.



MODELIS ATION DU COMPOR TEMENT DE L’OUVR AG E

Voir l’application à un CCTP.

6.1 INSTABILITE GLOBALE : ETAT-LIMITE DE GRAND GLISSEMENT 6.1.1 CHOIX DES SURFACES DE RUPTURE POTENTIELLE Bien que le grand glissement concerne un volume de sol dans l’espace à 3 dimensions, les méthodes usuelles simplifient le problème à 2 dimensions. La justification de la stabilité d’un talus est effectuée en considérant des surfaces de rupture potentielles recoupant ou non les éventuels renforcements, afin de déterminer la surface la plus critique. Comme il n’est pas envisageable dans la pratique de considérer toutes les surfaces de rupture potentielle, il faut être certain d’avoir « capturé » la surface la plus critique. La vérification de cet état-limite n’est aujourd’hui concevable qu’avec l’aide d’un logiciel de calcul approprié. Pour un massif homogène, lorsque le sol est purement frottant, l’on remarque que plus la surface de rupture est profonde dans le massif, plus son « coefficient de sécurité » est important. Lorsque le sol est purement cohérent, le « coefficient de sécurité » n’augmente pas nécessairement avec le profondeur de la surface de rupture testée.

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La plupart des logiciels permettent de choisir le type de surface que l’on souhaite étudier et d’en fixer tout ou partie du tracé. ♦ Dans les terrains rapportés ou en place et plus ou moins homogènes (contraste faible ou

modéré entre les différentes couches), on a avantage à privilégier les ruptures de type circulaire.

♦ Dans les terrains stratifiés, comportant des couches raides, susceptibles de receler des

plans de discontinuité pouvant favoriser une rupture (fissures, fractures, voire plan de stratification), on a avantage à examiner des surfaces de ruptures planes ou mixtes, en fonction des terrains qu’elles traversent.

♦ Dans la majorité des cas, on privilégie l’étude des surfaces de rupture passant par le pied

du talus (ou par les discontinuités de la pente), ou par la base du dispositif de renforcement, qui s’avèrent généralement plus défavorables que les autres.

Les surfaces de rupture « automatiques » sont de forme circulaire ou de spirale logarithmique. Un cercle peut être prolongé en partie supérieure par une droite verticale pour éviter l’artefact d’un recourbement. On procède à un balayage large dans un premier temps, pour « dégrossir » le problème, puis l’on détermine finement la surface de rupture la plus critique. Les méthodes de calcul appliquées consistent à comparer pour chaque surface de rupture potentielle, les efforts résultant des actions extérieures avec les efforts résistants mobilisables. 6.1.2 CALCUL DES RESISTANCES 

En complément du fascicule Valeurs représentatives des résistances. 6.1.2.1 Résistance des renforcements

Les méthodes à la rupture prennent en compte la flexion et le cisaillement dans les renforcements. La contribution maximale des renforcements est limitée par les expressions exposées dans la partie traitant de la stabilité interne. Dans le cas le plus général, deux critères sont à examiner : ♦ un critère de résistance au droit de la surface de rupture recoupée par le renforcement

(critère en traction - cisaillement),

♦ un critère d’interaction sol / inclusion, lié à la plastification de l’inclusion en dehors de la

surface de rupture.

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6.1.2.2 Résistance du sol La résistance du sol est représentée par le critère de Mohr-Coulomb : angle de frottement ϕ et cohésion c . Les propriétés des sols sont très difficiles à évaluer pour les problèmes de stabilité de pentes : les considérations ci-après viennent en complément des recommandations du fascicule Valeurs représentatives des propriétés de base des matériaux . Pour l’étude de la stabilité des ouvrages après construction, les conditions de long term e étant souvent les plus défavorables, on effectuera d’abord les calculs avec les propriétés drainées c’ et ϕ ’, que le sol soit saturé ou non. En situation transitoire de construction, on pourra, suivant la teneur en eau du sol, adopter les propriétés à court terme c u ( et ϕ u) du sol saturé ou celles, c et ϕ , du sol non saturé, mesurées à l’appareil triaxial à la teneur en eau du sol en place. Ce dernier cas de figure ne se produit en général que pour les parties émergées des talus. En cas de mise en place de remblais sous l’eau et pour les phases provisoires précédant un traitement de densification, on pourra procéder à une évaluation des propriétés à court terme en prenant en compte une réduction correspondant à un matériau en-dessous de sa densité critique. 6.1.2.3 Homogénéisation La méthode d’homogénéisation consiste à affecter au massif de sol renforcé des propriétés fictives, calculées en moyennant les propriétés du sol et des renforcements, au prorata de leurs surfaces individuelles recoupées par la surface de rupture. Cette amélioration des propriétés se traduit généralement en terme de cohésion et de module de déformation. Cependant, le projeteur doit garder à l’esprit que, pour des seules raisons de mise en œuvre et sauf traitement en masse, cette amélioration n’est jamais isotrope, et que la densité des inclusions ainsi que leur orientation spatiale doivent être bien adaptées au problème. Cette méthode suppose un comportement d’ensemble du complexe sol-inclusion. Il faut donc veiller à disposer : ♦ d’une liaison intime sol-renforcements (scellements, injection...), ♦ d’une densité suffisante d’inclusions, d’autant plus grande que le contraste mécanique sol-

inclusion est plus important.

Elle est particulièrement bien adaptée aux procédés pour lesquels le contraste mécanique solinclusion est limité, comme : • l’injection solide (mise en place en pression de mortier plus ou moins résistant avec

refoulement latéral du sol),

• le jet grouting ...

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6.1.3 METHODES CLASSIQUES 6.1.3.1 Principe Les méthodes classiques (tranches, méthode globale) considèrent les variables locales (tenseur des contraintes). On étudie l’équilibre statique des forces qui s’exercent sur la surface de rupture potentielle, en dehors de toute considération de déformation ou de déplacement. Les équations de l’équilibre statique étant insuffisamment nombreuses pour déterminer les efforts, il est indispensable de poser une équation supplémentaire, différenciant les méthodes qui vont être exposées. Une des hypothèses fondamentales de ces méthodes est la mobilisation simultanée de toutes les capacités de résistance : ♦ résistance au cisaillement du sol, ♦ résistance des renforcements et inclusions : • à l’arrachement (interaction de frottement latéral), • de butée du sol (perpendiculairement au renforcement), • résistance interne.

Ce principe est discutable dans la mesure où les résistances sont mobilisées pour des déformations bien différentes : les résistances à la traction ou à l’arrachement sont mobilisées pour de très faibles déplacements ; la résistance au cisaillement du sol peut nécessiter, pour atteindre sa valeur de pic, des déformations angulaires de plusieurs pourcents ; la résistance en butée du sol, caractérisée par la pression ultime P u , nécessite d’atteindre le stade des grandes déformations. Ce principe sera d’autant mieux vérifié que les terrains seront plus raides. On calcule un coefficient F (coefficient de sécurité) défini par : F = τ mobilisable / τ mobilisé où : τ mobilisable = c + σ mobilisé . tanϕ

Le calcul du coefficient F nécessite donc la connaissance des contraintes sur toute la surface de rupture. Les méthodes sont d’abord présentées pour des talus sans renforcements.

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6.1.3.2 Méthodes des tranches Les méthodes des tranches s’appliquent à des surfaces de rupture circulaires de rayons R , où le point courant est paramétré par l’angle α des coordonnées polaires centrées au centre de chaque cercle. Le massif de sol délimité par la surface de rupture est découpé en tranches verticales dont on écrit les conditions d’équilibre sous : ♦ les forces volumiques appliquées à chaque tranche, ♦ les efforts inter-tranches, ♦ les efforts à l’intersection avec la surface de rupture.

Méthode de Fellenius (1927) Cette méthode suppose que les efforts inter-tranches sont nuls. On obtient une expression explicite pour la contrainte normale σ et la contrainte de cisaillement τ le long de la surface de rupture, ce qui permet de déterminer F par : F =  (c + σ Fellenius . tanϕ ) /  τF ellenius où les intégrales sont calculées le long de la surface de rupture.

Méthode de Bis hop (1955) Cette méthode pose comme hypothèse que la composante verticale des forces intertranches est nulle. On fait l’hypothèse d’une proportionnalité entre τ Bishop et (c + σ Bishop . tanϕ ) en chaque point de la surface de rupture, et l’on obtient une équation implicite en F.

A utres méthodes D’autres hypothèses complémentaires peuvent être posées : relation entre forces inter-tranches verticales et horizontales (méthode de Morgenstern et Price), point de passage des efforts intertranches horizontaux (méthode de Janbu), etc. N’ont été exposées ici que les méthodes les plus éprouvées sur les projets réels.

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6.1.3.3 Méthodes globales Les méthodes globales considèrent les équations de l’équilibre statique de l’ensemble de la surface de rupture potentielle. Les forces inter-tranches, inconnues, n’apparaissent plus. Si des tranches apparaissent dans ces méthodes, c’est uniquement pour en mettre en œuvre la résolution numérique. L’hypothèse complémentaire qui caractérise la méthode des perturbations porte sur l’expression de la contrainte normale σ le long de la surface de rupture. Celle-ci est exprimée par la relation : σ perturbations = σ 0 . ( λ + µ . v)

où : une distribution de contraintes normales le long de la surface de rupture, choisie par ♦ σ 0 est l’utilisateur, en général identique à la distribution de Fellenius,

♦ λ et µ sont deux paramètres sans dimension inconnus a priori , ♦ v est un paramètre de perturbation (adimensionnel) choisi par l’utilisateur, variable le long de la surface de rupture, par exemple tanα ou tan² α, α étant définit à la section 6.1.3.2.

On obtient un système d’équations aux trois inconnues λ , µ et F , qui conduit à une équation du troisième degré en F . 6.1.3.4 Prise en compte des renforcements et inclusions On suppose que l’on peut calculer séparément les contributions du sol et des inclusions aux contraintes σ et τ : on admet l’indépendance des mobilisations de la résistance du sol et des renforcements et l’on applique un principe de superposition. L’effort dans l’inclusion (T n , Tc) à la base de chaque tranche est pris égal à la valeur maximale permise par le critère de résistance ; il est ensuite projeté sur la normale et sur la tangente à la surface de rupture, définissant les composantes δN et δT (voir la figure ci-après) ; celles-ci viennent s’ajouter ou se retrancher aux composantes N et T de la réaction du sol extérieur au massif, calculée sans renforcement selon les méthodes ci-dessus.

tranche élémentaire

tranche élémentaire inclusion

inclusion

TC

δ N δT

δT T N ligne de rupture

Sollicitations en cisaillement

δ N

ligne de rupture

Sollicitations en traction

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6.1.3.5 Expression formelle de la condition d’état-limite La signification du coefficient F doit être examinée soigneusement pour chaque logiciel de mise en œuvre des méthodes classiques. En l’absence de renforcements, F est un coefficient global. L’ouvrage est en équilibre limite de glissement sous les paramètres de résistance c / F et tanϕ / F . Une pondération à la source sur c et tanϕ permet de prendre en compte les incertitudes d’une manière plus fine. Avec des renforcements, l’on peut considérer dans certains cas que le talus renforcé est en équilibre limite de glissement avec certains paramètres de résistance pondérés par F (résistance du sol), la sécurité sur les autres devant être prise en compte par une pondération à la source séparée. Dès lors que l’on connaît avec précision la signification du coefficient F tel qu’il a été programmé, on peut écrire la condition d’état-limite comme : γ d < F

6.1.4 THEORIE DU CALCUL A LA RUPTURE La théorie du calcul à la rupture étudie les conditions nécessaires d’existence d’un champ de contraintes dans le massif de sol qui respecte les paramètres géométriques imposés et les critères de résistance des matériaux. La stabilité obtenue par le calcul à la rupture est qualifiée de « potentielle » en ce sens que la conformité à des conditions seulement nécessaires peut être démontrée. A la différence des méthodes précédentes, il n’est pas nécessaire de poser des hypothèses supplémentaires. Les renforcements sont pris en compte comme des paramètres résistants additionnels, sans qu’il soit nécessaire de déterminer a priori les efforts qu’ils exercent. On ne calcule pas un coefficient F, mais un facteur de confiance qui mesure la distance entre le paramètre de chargement réel (ici le poids volumique du sol principalement) et sa valeur limite qui conduirait à l’instabilité. Cette définition est analogue à celle d’un coefficient de modèle. Les surfaces de rupture potentielle sont délimitées par des spirales logarithmiques d’angle ϕ égal à l’angle de frottement interne du sol. La condition d’état-limite peut s’écrire : γ d < Facteur de confiance

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6.1.5 CHOIX D’UNE METHODE DE CALCUL Les méthodes donnent des résultats en général assez voisins. On considère que la méthode de Fellenius est un peu insécuritaire par rapport à la méthode de Bishop, ce qui justifierait de prendre des coefficients de modèle plus élevés quand on utilise la première. Les méthodes de Fellenius et de Bishop, limitées aux surfaces de rupture circulaires, ne peuvent pas prendre en compte les plans de discontinuité (fracturation, stratification...). La méthode des perturbations a été mise au point pour l’étude de surfaces de rupture non circulaires, sous réserve qu’elles ne soient pas strictement planes. Elle offre l’avantage d’une convergence numérique plus rapide. La théorie du calcul à la rupture est par construction bien appropriée au format de sécurité adopté dans les présentes Recommandations, en ce sens qu’elle autorise la prise en compte séparée des incertitudes de valeur et des incertitudes de modèle.

6.2 INSTABILITE HYDRAULIQUE 

Il convient de se reporter aux fascicules Digues des voies navigables, Rideaux de soutènement et Gabions de palplanches.

6.3 INSTABILITE INTERNE 6.3.1 ETENDUE DES VERIFICATIONS Les états-limites sont à vérifier pour chaque surface de rupture et pour chaque inclusion recoupant la surface de rupture examinée. 6.3.2 GLISSEMENT A L’INTERFACE SOL-INCLUSION Le frottement latéral est borné par le frottement limite : en termes de contrainte :

γ d . q ≤ qs ,

en termes de traction :

γ d . T n ≤ qs . π . D . L n ,

où D est le diamètre utile de l’inclusion et Ln est la longueur sur laquelle se développe le frottement, c’est-à-dire à l’extérieur du massif de sol délimité par la surface de rupture potentielle. 

Pour en savoir plus sur le glissement sol-tirant, il convient de se reporter au fascicule Valeurs représentatives des résistances.

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6.3.3 RUPTURE LOCALE DU SOL La pression latérale est bornée par la pression ultime du sol : γ d . p ≤ pu

La formulation de la pression latérale P en fonction des sollicitations (moment fléchissant, effort tranchant) dans l’inclusion nécessite de poser une hypothèse sur sa distribution le long de l’inclusion (distributions uniformes et opposées de part et d’autre de la surface de rupture potentielle, distribution de Brinch Hansen...) dont la validité demeure incertaine sauf à être vérifiée expérimentalement. Le critère de CLOUTERRE s’écrit :

T c −

1,62 . M 0  T n 2  ) − 0 ,24.Dc . l 0 . pu ≥ 0 1 − ( l 0  R n 

où : ♦ M 0 et l 0 sont respectivement le moment de plastification et la longueur de transfert de

l’inclusion,

♦ Dc est le diamètre extérieur de l’inclusion (coulis + armature pour une armature scellée), ♦ T n : la composante tangentielle de l’action du renforcement sur la surface de rupture, ♦ T c : la composante normale de l’action du renforcement sur la surface de rupture, ♦ R n : la résistance à la traction du renforcement. 

Pour l’évaluation de qs , il convient de se reporter au fascicule Valeurs représentatives des résistances. 

Pour l’évaluation de pu , il convient de se reporter au fascicule Valeurs représentatives des résistances.

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6.3.4 RESISTANCE STRUCTURALE DES INCLUSIONS La résistance structurale des inclusions peut être déterminée par une formule simplifiée due à A. Anthoine : (T n / R n )2 + (T c / R c ) 2 + (M / R m ) ≤ 1 / γ d dans laquelle : ♦ T n est l’effort normal, ♦ T c est l’effort tranchant, ♦ M est le moment fléchissant, ♦ R n est la résistance ultime en traction de l’inclusion, ♦ Rc est la résistance ultime en cisaillement pur de l’inclusion, ♦ Rm est la résistance ultime en flexion de l’inclusion.

Le critère de CLOUTERRE s’écrit: (

T n 2 T c 2 ) + ( ) ≤1 R n R c

avec : ♦ T n : la composante tangentielle de l’action du renforcement sur la surface de rupture, ♦ T c : la composante normale de l’action du renforcement sur la surface de rupture, ♦ R n : la résistance à la traction du renforcement, ♦ R c : la résistance au cisaillement pur du renforcement (Rn / 2 pour l’acier).

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6.4 TASSEMENTS 6.4.1 CALCUL DES TASSEMENTS Les méthodes utilisées pour le calcul des tassements sont décrites dans le fascicule Quais-poids auquel il convient de se reporter. Les déformations sont le plus souvent faibles ou négligeables, lorsque la stabilité vis-à-vis de l’ étatlimite de grand glissement est assurée et que les règles de l’art ont été respectées pendant la construction. Les programmes de calcul usuels destinés à la vérification de la stabilité ne permettent pas l’approche quantitative de la déformation du massif. Les vérifications peuvent nécessiter le recours à des logiciels complexes aux éléments finis. En pratique, il importe de faire la distinction entre un tassement lié à la consolidation normale de l’assise d’un remblai et du matériau rapporté, et celui qui peut être révélateur d’une rupture progressive. Le suivi par une instrumentation peut, à cet égard, être d’une grande utilité. 6.4.2 ETUDE DE LA CONSOLIDATION 6.4.2.1 Introduction La connaissance des tassements et de leur délai de stabilisation est primordiale pour la conception et le calcul des structures prévues sur l’ouvrage, et pour le choix du moment de leur mise en œuvre. Nous considérons la consolidation d’un massif de sol soumis à une augmentation de contraintes totales ∆σ . La théorie de Terzaghi suppose que σ = σ ’ + u est constante au cours du temps. On fait l’hypothèse que le sol est saturé et que sa déformation correspond à l’expulsion d’un volume égal d’eau interstitielle. L’évolution par drainage de la pression interstitielle u d’une valeur élevée provoquée par l’application d’une surcharge ∆σ vers une valeur d’équilibre, correspondant le plus souvent à une pression hydrostatique, s’accompagne de l’augmentation de la contrainte effective σ ’ dans les mêmes proportions. 6.4.2.2 Consolidation unidimensionnelle Dans le cas où les conditions de drainage font que u et σ ’ ne dépendent que la profondeur z , l’équation de la consolidation s’écrit :

δ 2u δ u cv 2 = δ δ t où c v est le coefficient de consolidation.

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On introduit à la place du temps t une nouvelle variable sans dimension, le « facteur temps » T v : Tv =

cv .t h2

où h correspond à la distance de drainage, soit : ♦ l’épaisseur de la couche de sol, si elle n’est en contact que d’un seul côté avec un matériau

drainant,

♦ la demi-épaisseur de la couche de sol, si un drainage est possible de part et d’autre.

Des abaques fournissent la valeur de u en fonction de T v . Comme le tassement est proportionnel à l’augmentation de la contrainte effective verticale, il est pertinent de raisonner sur l’augmentation moyenne de celle-ci. On définit le degré de consolidation U(t), exprimé en pourcents, par : U (t ) =

aire B aire A + aire B

où « l’aire A » mesure sur la hauteur de la couche de sol l’écart entre la distribution des pressions interstitielles à l’instant t et la distribution finale d’équilibre une fois la consolidation achevée (théoriquement après un temps infini), et « l’aire B » mesure sur la hauteur de la couche de sol l’écart entre la distribution initiale des pressions interstitielles et la distribution à l’instant t. En application de la théorie de Terzaghi, ces aires peuvent aussi bien être décrites par référence à la contrainte effective.

z = 0

aire A ∆u

∆σ

aire B ∆ σ 'v

z= h

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Le degré de consolidation est aussi défini par : U(t ) =

tassement à l' instant t tassement final attendu

Le tassement final attendu correspondant à la consolidation primaire seule. Le degré de consolidation est une fonction du facteur temps : U = f(T v ). Terzaghi a donné une expression approchée valable lorsque le facteur temps est inférieur à 0,2 , et donc lorsque le degré de consolidation est inférieur à 0,5 :

T v =

π 4

U 2

6.4.2.3 Consolidation radiale En présence de puits de drainage, ou de dispositifs similaires, u et σ ’ dépendent des trois coordonnées x , y et z ; le plus souvent, les conditions de drainage sont telles que la coordonnée pertinente en plan est la distance radiale au puits de drainage, r ; l’équation de la consolidation de Barron s’écrit alors de façon différente en faisant intervenir un coefficient de consolidation radial c r . Physiquement, le problème s’analyse de la même façon que précédemment. 6.4.2.4 Construction graphique d’Asaoka La méthode traditionnelle de prévision des tassements à partir d’observations sur une durée plus ou moins longue consiste à estimer simultanément les coefficients de consolidation et le tassement final par ajustement de la courbe de tassement théorique sur la courbe expérimentale. Asaoka a proposé une méthode graphique particulièrement simple qui s’effectue à partir de la courbe des tassements observés au cours du temps de la surface du sol, de préférence sous l’axe de la surface chargée, représentée en coordonnées linéaires tassement-temps (voir la figure ci-dessous). ♦ On choisit une durée ∆t (en pratique de 30 à 100 jours) et l’on définit une suite arithmétique des temps : tn = n . ∆t . ♦ Le tassement observé sn correspond au temps tn . ♦ On place alors les points de coordonnées (sn-1 , s n) dans un diagramme semblable à celui

de la figure ci-après sur lequel on a tracé la bissectrice des axes de coordonnées (droite sn-1 = sn).

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Les points de coordonnées (sn-1 , sn) s’alignent en général sur une droite notée A. L’intersection de la droite A avec la bissectrice donne la valeur du tassement final s ∞ tandis que sa pente β1 permet de calculer le coefficient de consolidation verticale (dans le cas d’un problème unidimensionnel) :

C v = −

5 12

h2

ln β 1

∆t

où h est la distance de drainage.

0

t1

t2

t3

tn

∆t ∆t

temps(t)

tn+1

∆t

s1 s2 s3 sn sn+1

tassement s sn s∞

pente β1 A

s4 s3 s2

s1

s2

s3

s∞

sn-1

Construction d’Asaoka

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7.

COEFFICIE NTS PAR TIELS

7.1 COEFFICIENTS DE VALEUR Pour la vérification en situation durable ou transitoire des états-limites ressortissant à la catégorie des états-limites ultimes, les valeurs de calcul des principaux paramètres pertinents pour les ouvrages traités ici, avec application selon le cas des coefficients partiels de valeur (≠ 1,00), concernent : ♦ les cotes en pied d’ouvrage, ♦ les propriétés de résistance au cisaillement des sols en situation drainée et non drainée (en

cohérence avec les actions du terrain et les résistances) ; pour les sols renforcés, on utilise les coefficients indiqués sous la mention « CLOUTERRE » sur les propriétés pressiométriques ou pénétrométriques et sur la résistance au cisaillement,

♦ la capacité portante des fondations superficielles (en cohérence avec les propriétés des

sols), la résistance des enrochements de protection, la résistance des renforcements),

♦ les actions : • niveaux d’eau. 

Voir les autres actions, en tant que de besoin, notamment : ♦ Houle ♦ Courant ♦ Charges d’exploitation

Pour la vérification en situation durable ou transitoire des états-limites ressortissant à la catégorie des états-limites de service, les principaux coefficients partiels de type γ R, serv ou γ M, serv concernent : ♦ la capacité portante des fondations superficielles, ♦ la résistance des renforcements.

Les critères de service sont proposés dans le fascicule Paramètres géométriques. Pour la vérification en situation accidentelle des états-limites ressortissant à la catégorie des étatslimites ultimes, les principaux coefficients partiels de type γ R, acc ou γ M, acc concernent : ♦ la résistance des renforcements.

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7.2 COEFFICIENTS DE MODELE 

Voir l’application à un CCTP. 7.2.1 EN SITUATIONS DURABLES ET TRANSITOIRES

Etat-limite et combinaison associée

Modèle

Valeur de γ γd ou γ γd , serv

INSTABILITE GLOBALE Grand glissement (fondamentale)

méthodes des tranches méthodes globales calcul à la rupture

1,25 (niveau de sécurité normal) 1,10 (faible niveau de sécurité)

INSTABILITE HYDRAULIQUE Boulance








INSTABILITE INTERNE Résistance structurale des inclusions (fondamentale)

1,00

Glissement à l’interface solinclusions (fondamentale)

1,00

Rupture locale du sol (fondamentale)

1,00

DEPLACEMENTS et DEFORMATIONS Tassements (quasi-permanente)

/

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7.2.2 EN SITUATIONS ACCIDENTELLES

Etat-limite

Modèle

Valeur de γ γd , acc

INSTABILITE GLOBALE 1,00 (en général) 1,10 (sous séisme)

Grand glissement INSTABILITE HYDRAULIQUE Boulance








INSTABILITE INTERNE Résistance structurale des inclusions

1,00

Glissement à l’interface solinclusions

1,00

Rupture locale du sol (fondamentale)

1,00



Voir aussi les coefficients de modèle pour les états-limites d’autres types d’ouvrages : ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦


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Ouvrage en Site Aquatique_Talus Et Pentes

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