Analyse de la stabilité globale d’un mur cantilever

Principe du soutènement

Tous les ouvrages de soutènement quel que soit leurs types doivent avoir une estimation stricte de la poussée des terres ou du matériau retenu par cette paroi. Dans leur état naturel, les terres tendent à se conformer en un tas pyramidal conique à la façon d’un tas de sable présentant une pente de talus naturel. L’interposition d’un écran de soutènement dans un massif de terre se substitue à la partie manquante à la base et reçoit une partie du poids des terres restantes en une composante biaisée de poussée qui tend à faire basculer et en même temps glisser le mur de soutènement disposé. Pour combattre cette poussée des terres, le mur peut être constitué de différentes façons :
Opposer un poids supérieur à la partie remplacée pour un effet de contre-balancement de la poussée : comme les murs poids ;
Etre ancré dans un corps mort ou ancré plus loin dans le sol à proximité qui ne fait pas partie de l’ensemble susceptible de glissement ou a une meilleure composition afin que la poussée soit contenue, éviter le glissement et annuler le basculement: tel que les parois ancrées ;
Résister au basculement par une semelle encastrée sous les terres, semelle de surface de base en rapport avec la hauteur fournissant le moment de renversement : murs Cantilever (en L) ;
Diminuer la poussée par un épaulement des terres retenues entre deux contreforts : murs à redans;

Définition d’un ouvrage de soutènement

Un ouvrage de soutènement est une construction destinée à prévenir l’instabilité d’un talus raide en vue d’équilibrer les efforts horizontaux agissants. Les ouvrages de soutènement sont essentiellement employés, soit en site montagneux pour protéger les chaussées routières contre le risque d’éboulement ou d’avalanches, soit en site urbain pour réduire l’emprise d’un talus naturel, en vue de la construction d’une route, d’un bâtiment ou d’un ouvrage d’art. II existe deux grandes classes d’ouvrages de soutènement : ceux composés d’une paroi résistante et d’une semelle de fondation et ceux composés d’une paroi (palplanches) .
Un mur de soutènement est constitué de deux parties essentielles: un fut, paroi résistante destinée à retenir les terres situées en arrière, et une semelle de fondation, dans laquelle s’encastre le fut, qui assure la stabilité de l’ouvrage.

Types d’ouvrages de soutènement

Le classement des ouvrages de soutènement est relié avec leur morphologie, matériaux de construction, leur rigidité et l’interaction sol-structure, leur mode de fonctionnement et aux systèmes de réalisation (déblais, remblais, excavation), leur domaine d’emplois spécifique (urbain, montagne, aquatique), etc. On distingue alors deux grandes familles d’ouvrages de soutènement : les murs gravitaires (ou murs poids) et les murs voiles (ou murs cantilevers ou chaises).

Mur gravitaire (Mur poids)

Le mur poids consiste le système de soutènement le plus ancien. La stabilité de l’ouvrage est assurée par son poids propre à la majeure partie de la poussée de terre. Ces murs sont massifs et réalisés en béton non armé ou en maçonnerie épaisse de pierres ou de brique. On distingue trois principales catégories :
Mur à caisson :
Les murs à caisson sont constitués par un assemblage de boite alignées et superposée. Chaque boite est remplie de sol (pierres ou un autre matériau de masse volumique élevée). La stabilité du mur est assurée par la largeur du caisson et par le matériau de remplissage.
Mur gravitaire en maçonnerie :
C’est un mur constitué de pierres, ou moellons, ou de briques jointoyées.
Mur gravitaire à redans :
C’est un mur constitué d’un parement arrière en série de redans , où on assimile dans l’étude de la stabilité de ce type de mur, cette série de redans à un parement rectiligne et on supposera que le poids des terres n’est pas significativement différent de celui du béton du mur dans les zones triangulaires délimitées.

Mur voiles (Murs Cantilevers ou Chaises)

Ce sont des ouvrages utilisant comme élément de stabilisation le poids des terres soutenues par l’intermédiaire de leur semelle de fondation. De tels murs sont réalisés en voiles minces de béton armé (d’où leur nom) et peuvent avoir des formes plus ou moins compliquées. Les semelles de tels murs comportent un patin et un talon avec parfois une bêche à l’arrière. Leur fut comporte parfois une chaise de lestage. On rencontre également des murs voiles à contreforts avec radier de lestage. Quelques exemples sur des murs-voiles :
Mur en T renversée
Le mur en T renversé est la forme classique pour un mur en béton armé de treillis soudé. Ce mur se compose d’un voile mince encastré sur une semelle qui supporte une partie de remblai, ce qui améliore la stabilité de l’ensemble .
Mur à contreforts
Les contreforts agissants en tant que raidisseur de voile du mur. Ils sont employés pour des murs qui ont une longueur ou une hauteur considérable. Ils sont placés à distance égale les uns des autres et aussi peuvent être placés du coté du talus que de l’autre.

Stabilité d’un ouvrage de soutènement

La stabilité d’un ouvrage de soutènement doit être étudiée à l’état limite ultime. Plusieurs modes de rupture doivent être envisagés. La vérification doit être conduite pour chacun d’entre eux.
Parmi les modes de rupture possibles, on distingue la stabilité externe par glissement, renversement , poinçonnement du sol de fondation , grand glissement de l’ensemble et la stabilité interne (rupture des éléments constitutifs de l’ouvrage sous l’action des forces extérieures .
Stabilité interne
L’étude de la stabilité interne est propre à chaque type d’ouvrage. C’est la résistance propre de la structure .
Stabilité externe
L’étude de la stabilité externe d’un mur de soutènement consiste à effectuer successivement les vérifications des stabilités suivantes .
La stabilité au renversement par rotation au sommet du mur. La stabilité au glissement ou translation de l’ouvrage.
La stabilité au poinçonnement du sol de fondation. La stabilité au tassement. La stabilité au grand glissement ou bien l’instabilité globale.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre 01 :Etat de l’art sur les murs soutènement
1 Introduction
2 Historique
3 Principe du soutènement
4 Définition d’un ouvrage de soutènement
5 Classification des ouvrages de soutènement
6 Types d’ouvrages de soutènement
6.1 Mur gravitaire (Mur poids)
6.1.1 Mur à caisson
6.1.2 Mur gravitaire en maçonnerie
6.1.3 Mur gravitaire à redans
6.2 Mur voiles (Murs Cantilevers ou Chaises)
6.2.1 Mur en Trenversée
6.2.2 Mur à contreforts
7 Pré-dimensionnement d’un mur de soutènement
8 Etats d’équilibre limite
8.1 Etat des sols au repos
8.2 Etat de poussée
8.3 Etat de butée
8.4 Méthode de calcul des forces de poussée et de butée
9 Stabilité d’un ouvrage de soutènement
9.1 Stabilité interne
9.2 Stabilité externe
9.2.1 Stabilité au renversement
9.2.2 Stabilité au glissement
9.2.3 Stabilité au poinçonnement du sol de fondation
9.2.4 La stabilité au tassement
9.2.5 Stabilité au grand glissement
10 Évaluation de stabilité d’un mur de soutènement
11 Conclusion
Chapitre 02: Reconnaissance géotechnique du site d’étude
1 Introduction
2 Présentation du site d’étude
2.1 Contexte géologique
2.2. Reconnaissance des sols
3 Présentation des essais géotechniques
3.1 Définition des paramètres d’état
3.2 Analyse granulométrique
3.3 Limites d’Atterberg
3.4 Tenure en carbonates (CaCO3)
4 Présentation des essais mécaniques
4.1 Essai de compressibilité (odomètre)
4.2 Cisaillement direct
5 Présentation des essais in-situ
5.1 Essai de pénétration dynamique
6 Conclusion
Chapitre 03: Dimensionnement et Stabilité du mur
1 Introduction
2 Caractéristiques des matériaux
2.1 Le béton
2.2 L’acier
3 Capacité portante de sol de fondation
4 Le pré-dimensionnement
5 Détermination des pressions des terres sur le mur
6 Stabilité du mur
6.1 Vérification de la stabilité vis-à-vis du glissement
6.2 Vérification de la stabilité vis-à-vis du renversement
6.3 Vérification de la stabilité vis-à-vis du poinçonnement du sol de fondation
7 Ferraillage
7.1 Ferraillage de la semelle
7.2 Ferraillage du voile
8 Conclusion
Chapitre 04: Les fondations
1 Introduction
2 Définition
3 Type des fondations
3.1 Fondation superficielle
3.1.1 Classification des fondations superficielles
3.2 Fondation profonde
3.2.1 Classification des fondations profondes
4 Principe et justification d’une fondation superficielle
5 Capacité portante des fondations superficielles
5.1 Calcul de la capacité portante à partir des essais de laboratoire
5.2 Calcul de la capacité portante à partir des essais in situ
5.2.1 Méthode pressiométrique
5.2.2 Méthode pénétrodynamique
5.2.3 Méthode pénétrostatique
6 Tassement des fondations superficielles
6.1 La méthode pressiométrique
6.2 Méthode de l’essai SPT de Burland et Burbridge (1984)
7 Tassement pour les semelles continues
7.1 Semelle soumis à un effort normal centré
7.2 Semelle soumise à un effort normal et un moment fléchissant
8 Modélisation par le logiciel SAP2000
8.1 Présentation du logiciel SAP2000
8.2 Modélisation du mur cantilever par SAP2000
8.3 Calcul du ferraillage du voile avec flexion composé
9 Conclusion
Conclusion générale