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
Description et classification des glissements de terrain.
- 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 .
Description et classification des glissements de terrain.
- 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
Ecroulementrocheux résultat d’unefissuration développée
Détachementde masse rocheusefauchée
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
Description et classification des glissements de terrain.
- LES GLISSEMENTS : __ LES GLISSEMENTS PAR ROTATION :
Glissement rotationnel complexe
Description et classification des glissements de terrain.
- LES GLISSEMENTS : __ LES GLISSEMENTS PLANS :
Description et classification des glissements de terrain.
- LES GLISSEMENTS : __ LES GLISSEMENTS PLANS :
- Le glissement en coins -
Description et classification des glissements de terrain.
- 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 :
Description et classification des glissements de terrain.
- LES COULEES :
Description et classification des glissements de terrain.
- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Facteurs révélateurs :
Description et classification des glissements de terrain.
- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Fissures :
Description et classification des glissements de terrain.
- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Dépressions et Bombements :
Description et classification des glissements de terrain.
- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Escarpement :
Description et classification des glissements de terrain.
- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Solifluxion :
Description et classification des glissements de terrain.
- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ L’inclinaison des éléments verticaux :
Description et classification des glissements de terrain.
- DIAGNOSTIC DES GLISSEMENTS : __ Dommages infligés aux constructions :
Description et classification des glissements de terrain.
- 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
Description et classification des glissements de terrain.
__ 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
Analyse de stabilité
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
Analyse de stabilité
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:
Analyse de stabilité
- 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 :
Analyse de stabilité
- CAS PARTICULIERS: __RUPTURE PLANE DANS UNE PENTE INFINIE DE SOL PULVERULENT :
__ NAPPE PHREATIQUE BASSE :
Analyse de stabilité
- 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
Analyse de stabilité
- 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
Analyse de stabilité
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
Analyse de stabilité
__ 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
Analyse de stabilité
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’)
Analyse de stabilité
__REMBLAI DE SOL COHERENT :
Ruptures des remblais : généralement circulaires Méthode de Taylor : paramètres de résistance au cisaillement non drainée (cu 0, u = 0)
Analyse de stabilité
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
Analyse de stabilité
- 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
Analyse de stabilité
- 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
Analyse de stabilité
- 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
Analyse de stabilité
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
Analyse de stabilité
Résistance mobilisée et résistance mobilisable du sol:
Résistance au cisaillement du sol :
Analyse de stabilité
Solution : détermination de la contrainte normale à la base de la tranche ’
Analyse de stabilité
__METHODES ORDINAIRE DES TRANCHES OU DE FELLINIUS
Hypothèse spécifiques : Les efforts inter-tranches sont ignorés. ’i = Wi cos αi / li
Analyse de stabilité
bras de levier :
Introduction de la pression interstitielle:
Analyse de stabilité
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
Analyse de stabilité
__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]
Analyse de stabilité
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
Analyse de stabilité
__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
Analyse de stabilité
__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
Analyse de stabilité
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
Analyse de stabilité
- 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
Analyse de stabilité
__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
Analyse de stabilité
__ 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.
Analyse de stabilité
__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