Le calcul des soutènements selon l Eurocode 7

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Applications de l’Eurocode 7 6 / 8 décembre 2010

Le calcul des soutènements selon

l’Eurocode 7

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• Structure de l’Eurocode 7 Plan de la présentation

• Idées directrices

• Etats limites

• Lecture française

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• 9.1 : Domaine d’application / Définitions

• 9.2 : Etats Limites

• 9.3 : Actions, données géométriques et situations

• 9.4 : Considérations générales (calcul et construction)

• 9.5 : Détermination de la pression des terres

• 9.6 : Pression de l’eau

• 9.7 : Calcul à l’état limite ultime

• 9.8 : Calcul à l’état limite de service Chapitre 9 : Ouvrages de soutènement

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Chapitre 10 : Rupture d’origine hydraulique

• 10.2 : Rupture par soulèvement hydraulique dû à la poussée d’Archimède

• 10.3 : Rupture par annulation des contraintes effectives verticales

• 10.4 : Erosion interne

• 10.5 : Rupture par érosion régressive

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• 11.5 : Etats limites ultimes

- 11.5.1 : Analyse de la stabilité des pentes - 11.5.3 : Stabilité des excavations

Chapitre 8 : Ancrages Annexes

•Annexe C : Exemples de procédures pour déterminer les valeurs limites de la pression des terres sur les murs verticaux

• Annexe H : Valeurs limites des déformations des structures et des mouvements des fondations

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• Murs de soutènement

• Définitions

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• Définitions

• Ecrans de soutènement

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• Définitions

• Soutènements composites

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• Check-lists

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• Check-lists

• Tenir compte des effets de l’exécution des travaux (fonçage, forage,…)

• Tenir compte de la création possible d’un rideau étanche atteignant une couche peu perméable (effet barrage)

• Vérifier la possibilité de mettre en place des tirants dans les terrains adjacents

• Vérifier la faisabilité des terrassements entre les butons

• Stabilité des panneaux de paroi moulée

• Vérifier l’accessibilité pour entretien

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• Méfiez-vous des calculs

• «Une estimation prudente du déplacement doit toujours être faite sur la base d’expériences

comparables.

…calcul nécessaire si ouvrage anormalement sensible ou absence d’expérience comparable. »

• « …ne pas considérer comme précis les calculs de tassement, ils donnent seulement une indication

approchée. »

• « Il convient de vérifier les calculs par rapport à des expériences comparables. »

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• Méthode observationnelle

• Quand il est difficile de prévoir le comportement géotechnique d’un ouvrage, il peut être approprié d’appliquer l’approche connue sous le nom de

« Méthode Observationnelle », dans laquelle la conception est revue pendant la construction.

• Les exigences suivantes doivent être remplies avant le début de la construction : …

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• 1 : Les limites du comportement acceptable de l’ouvrage doivent être établies.

• 2 : Le domaine des comportements possibles doit être analysé, et on doit montrer qu’il existe une probabilité acceptable que le comportement réel soit compris dans le domaine des comportements acceptables.

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• 3 : Un plan d’instrumentation doit être établi, pour

vérifier si le comportement réel est compris dans les limites acceptables. Le suivi doit pouvoir le montrer clairement et aussitôt que possible et avec une

fréquence de mesures qui permette de mettre en œuvre efficacement les mesures destinées à

rectifier le projet.

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• 4 : Le temps de réponse des instruments de mesure et les procédures d’analyse des résultats doivent

être suffisamment rapides par rapport à l’évolution possible du système.

• 5 : Un plan d’action de sauvegarde doit être établi, pour être mis en œuvre si le suivi révèle un

comportement sortant des limites acceptables.

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• Appuis

• Il convient que la conception protège contre l’occurrence d’une rupture fragile.

• Prendre en considération les conséquences de la rupture d’un ancrage.

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• Appuis

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• Appuis

• La compatibilité des modes de déformations

des matériaux doit être prise en compte lors de l’estimation des valeurs de calcul des

résistances.

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• Appuis

(21)

• Appuis

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• Actions mécaniques / Actions géométriques

• Les coefficients partiels intègrent normalement l’effet de variations géométriques mineures…

• …mais les paramètres géométriques sensibles vis- à-vis d’un ELU GEO (niveau de l’excavation)

doivent être considérés comme des actions :

=> a_d → a_nom + a, a = min(10 % . H ; 0,5 m)

a > si niveau incertain

a = 0 si contrôle fiable

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• Actions mécaniques / Actions géométriques

• Les niveaux d’eau peuvent être considérés :

. comme des variables géométriques (approche 3) ; . comme des variables mécaniques (approche 2).

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• Cas des sols fins

• Le niveau d’eau doit être considéré au toit du massif soutenu, sauf dispositions constructives appropriées.

• Il doit être tenu compte du comportement à court terme et du comportement à long terme.

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• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres

• Tenir compte des modes et amplitudes des mouvements

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• Pressions des terres au repos :

. y < 5.10^-4 . h dans les sols normalement consolidés . K₀ = (1-sin’) . R_oc^1/2, sauf pour R_oc élevé

. K_0; = K₀ . (1+sin)

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• Tenir compte du mouvement relatif et de la forme correspondante de la surface de rupture.

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EQUILIBRE DE RANKINE

EQUILIBRE DE PRANDTL Ecran

Spirales logarithmiques



/2-

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• Tenir compte de l’équilibre vertical

• _d = k . _cv;d

(31)

 = 0 à +2/3 . 

 = 0 à –2/3 . 

 = ?

(32)

(33)

 < 0

 > 0

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• Etats Limites de Service

• Etats Limites de Service de l’ouvrage

=> Eurodes structurels

• Etats Limites de Service des ouvrages voisins . Mouvements susceptibles de provoquer la ruine ou

d’affecter l’aspect ou l’efficacité de l’utilisation des ouvrages voisins ou des services qui en dépendent.

. Les méthodes de calcul et de construction usuelles, et les valeurs recommandées des facteurs partiels, sont

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. Rotation relative (_max)1/500 acceptable par beaucoup de structures

. ELU probable à partir de 1/150

. Tassements totaux = 50 mm et différentiels = 20 mm souvent acceptables

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• Perte de la force d’ancrage par déplacement excessif, fluage ou relaxation

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• Fuites inacceptables à travers ou par-dessus le mur ou l’écran

• Modifications inacceptables de l’écoulement de l’eau souterraine

• Transport inacceptable de particules à travers ou par-dessous le mur ou l’écran

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• Etats Limites Ultimes

• Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages o Résistance de la structure (STR)

. soutènement lui-même

. ^appuis

o Stabilité générale (GEO)

o Rupture par soulèvement hydraulique (UPL)

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• Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages

Cf. EN 1992 1993 1994 1995 1996 STR

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• Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages GEO

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• Si l’on ne peut pas facilement vérifier la stabilité d’un site ou si les mouvements sont trouvés être inacceptables pour l’usage prévu du site, le site devra être jugé inadapté sans mesures de

stabilisation.

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(43)

• Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages UPL

(44)

o Rupture par annulation des contraintes effectives verticales (boulance)

HYD

(45)

• Etats Limites relatifs aux murs de soutènement o Défaut de portance

o Rupture par glissement

o Rupture par renversement

GEO

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• Etats Limites relatifs aux murs de soutènement

(47)

• Etats Limites relatifs aux écrans de soutènement o Rupture par rotation ou translation de l’écran ou de certaines de ses parties

o Rupture par défaut d’équilibre vertical

o Combinaisons des états limites précédents, lorsqu’approprié

GEO

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L’intensité et la direction de la contrainte de cisaillement de calcul doit être

compatible avec le déplacement relatif vertical.

• Etats Limites relatifs aux écrans de soutènement

(49)

L’amplitude et la

direction des contraintes de cisaillement de

calcul doivent être

compatibles avec celles utilisées pour la vérification de l’équilibre rotationnel.

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o Arrachement des ancrages

• Etats Limites relatifs aux écrans de soutènement GEO

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o Stabilité du fond de fouille

Le soulèvement du fond des excavations profondes à cause du déchargement doit être considéré

GEO

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o Absence d’interaction entre les ancrages et l’écran

La force d’ancrage doit agir dans le terrain à une distance suffisamment grande du volume retenu pour que la stabilité de ce volume ne soit pas affectée.

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• Approches de calcul (STR et GEO)

o Approche 3 = application de coefficients partiels appliqués principalement à la résistance au

cisaillement du sol, y compris pour les ELU « STR » o Approche 1 = considère que tout ELU peut être à la fois « GEO » et « STR » => application de plusieurs jeux de coefficients partiels dans chacune des

situations

o Approche 2 = application de coefficients partiels appliqués principalement aux actions, y compris pour les ELU « GEO »

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• Approches de calcul

Approche 1 Approche 2Approche 3

A1+M1+R1 A2+M2+R1 A1+M1+R2 A1/2+M2+R3

Facteurs partiels pour les actions, _F, ou leurs effets, _E

Facteurs partiels pour les paramètres du sol, _M

Action perm. défavorable, _G Action perm. favorable, _G Action var. défavorable, _Q

_

_’

1,35 1 1,5

11

1 1 1,3

1 1,25

1,35 1,5

11 1

1,35 ou 1 1

1,5 ou 1,3 1

1,25

(STR et GEO) Approches de calcul

(55)

• L’application de l’EC7 ne doit pas modifier sensiblement l’économie des projets.

• Normaliser = formaliser l’état de la pratique, en corrigeant ce qui doit être corrigé.

• Les calculs doivent rester intelligibles et contrôlables.

• Le calcul est un moyen parmi d’autres.

=> Normaliser ≠ bloquer.

=> Participation nécessaire de l’ensemble des acteurs de la profession.

=> Normaliser ≠ inventer.

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• Autres moyens :

o Expériences comparables

o Reconnaissance préalable des avoisinants

=> mesures prescriptives

o Méthode observationnelle

=> dispositions constructives appropriées

=> diagnostic

(57)

• Etats Limites Ultimes (STR) Approche 2

Action du sol x 1,35

Surchargex 1,5 / 1,35 Effet des actions x 1,35

(58)

• Etats Limites Ultimes (STR)

Question : le coefficient 1,35 est-il suffisant pour couvrir l’incertitude inhérente à l’action du sol ?

Réponse :

- oui a priori, sous réserve que : . on utilise de vraies valeurs

caractéristiques résultant d’une vraie reconnaissance ;

. on dispose de coefficients de sécurité suffisants vis-à-vis des ELU « GEO » ;

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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2

Instabilité rotationnelle ELU² : GEO => STR

(60)

(61)

Action = ce qui pousse côté terres x 1,35

x 1 / 1,4 Résistance = ce qui bute côté excavé

(62)

P = Ka .  . (H+F)² / 2 H

F

R B = Kp .  . F² / 2

D P = B + R

P . (H+F) / 3 = B . F/3 + R . (D+F) Ka_..[(H+F)³/6-(H+F)²/2.(D+F)]

= Kp_..[F³/6-F²/2.(D+F)]

(63)

B_t;d= 1,35 . B_t;k B_m;d = B_m;k / 1,4

B_t;d < B_m;d

B_t;k < B_m;k / 1,9

(64)

• Calcul aux coefficients de réaction : Butée

mobilisable

Butée mobilisable / butée mobilisée = 1,9

• Avantage : calcul unique

=> ELS

=> STR

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Butée mobilisée Butée

mobilisable

Kp / 1,9 .plus défavorable vis-à-vis des sollicitations (on augmente la portée entre appuis)

.plus favorable vis-à-vis de la fiche

(pour une fiche donnée, la butée agit plus efficacement sur l’équilibre rotationnel)

• Calcul à la rupture :

(66)

• Cas des écrans en console :

Butée mobilisable / butée mobilisée toujours > 1

=> ne signifie rien !

=> seule l’approche type

« calcul à la rupture » est

(67)

H

- H x 1,35

- Kp x 1 / 1,4

Homogénéité avec le calcul des pieux chargés horizontalement :

(68)

(69)

Distinction entre :

• cas où il est nécessaire de limiter la butée locale : - efforts permanents ou alternés (fluage, fatigue)

- terrains surconsolidés



• cas où un dépassement local  est sans conséquence :

- phases provisoires ou situations transitoires

- terrains normalement consolidés

- surconsolidation non prise en compte

(70)

• se rapprocher des niveaux de sécurité actuels pour les phases provisoires dans les cas courants ;

ex. : _R = 1,1 < 1,4 => Kp x 1/1,5

• sensibiliser à l’importance et à la signification des Intérêt de cette distinction :

(71)

• Etats Limites Ultimes (GEO) Et les éléments finis ?

o Approche 2 : il est toujours possible de comparer la butée mobilisée à la butée théorique mobilisable.

o Approche 3 autorisée (« -c réduction »).

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• Etats Limites Ultimes (GEO)

R . ^(c+_n^.tg).ds

F = ________________

W . d

Approche 2

o R

d W



-actions sur la ligne de glissement x 1,35

-résistance au cisaillement x 1/1,1

(73)

R . ^(c+_n^.tg).ds

F = ________________

W . d

o R

d W

_n M

-tg / 1,5 -c / 1,5

…ou encore F=1, avec :

-tg / 1,25 -c / 1,25

Or l’approche 3 demande seulement :

…ce qui permet de ne pas déclarer inconstructibles tous les sites avec TN en pente.

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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 ou approche 3 ?

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• Théoriquement équivalentes dans le cas d’une rupture circulaire, mais :

o l’approche 2 ne s’intéresse qu’au bilan des forces exercées sur la surface de rupture (approche

« blocs rigides » classique) ;

o l’approche 3 demande en toute rigueur d’envisager une réduction de  et c dans l’ensemble du massif…

=> surdimensionnement des ouvrages

. pas illogique si l’on est moins éloignés de l’ELU . raccordement avec calcul des murs cloués.

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Question fondamentale : à partir de quand un soutènement devient-il un clouage?

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Question fondamentale : à partir de quand un soutènement devient-il un clouage?

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F = 1,1

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=> Finalement, pour tous les ouvrages de catégorie 2 :

• Si déplacements sans importance :

- acceptation d’un taux de mobilisation élevé de la résistance au cisaillement du sol ;

- _M (approche 3) = _R (approche 2) = 1,35 > 1,25

• Si ouvrage sensible aux déplacements (en

particulier vis-à-vis d’une surface de rupture proche d’un écran):

- _M (approche 3) = _R (approche 2) = 1,5 > 1,35

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• Rappel général : les méthodes généralement

utilisées (méthode des tranches, calcul à la rupture) sont de type cinématique.

• => Nécessité de considérer la surface de rupture la plus défavorable, laquelle n’est pas nécessairement un cercle.

• Moyennant quoi il n’y a pas lieu d’introduire de