principes de stabilité interne et de dimensionnement
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Journée d’étude SBGIMR – Namur ‐ 10/03/2015Les techniques de Clouage des parois
Alain GUILLOUX & Fahd CUIRA, TERRASOL ([email protected] et [email protected] )
Principes de stabilité interne et de dimensionnement
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Sommaire
• Développement du clouage dans les sols• Principes de comportement• Principes de dimensionnement• Aspects réglementaires
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Sommaire
• Développement du clouage dans les sols• Principes de comportement• Principes de dimensionnement• Aspects réglementaires
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Remblai Déblai
Les domaines d’application des techniques de renforcement
Ouvrages de soutènement
Stabilisation de pente
Voûtes et fronts de taille destunnels
Fondations
Un peu d’historique
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Murs clouésRemblais en Terre Armée
Développement des techniques depuis 1970 Sol rapporté : Remblais en sol renforcé : Terre Armée puis ….
Sol en place : Pentes et terrassement : ClouageFondations : Colonnes verticales (colonnesballastées et inclusions « rigides »)
Versailles ‐ 1975 La Clusaz ‐ 1980
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Soutènements- En remblais : sol renforcé (Terre Armée)
- En déblais : murs cloués
Murs clouésRemblais en sol renforcé
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Sommaire
• Développement du clouage dans les sols• Principes de comportement• Principes de dimensionnement• Aspects réglementaires
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Matériaux rapportés : Nature : acier, plastiques, ciment, etc… Forme : fibres continues, barres, bandes et nappes
Sol : divers selon les applications (soit en place soit rapporté)
Comportement du matériau composite : divers types de rupture
Essai triaxial sur sable renforcé par feuilles d’aluminium
Le matériau « composite » sol + renforcement
Rupture par cassures des armatures Rupture par glissement du sol entre les armatures
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Mécanismes interaction sol - inclusion dans la Terre Armée
Efforts dans les inclusions : du fait des contraintes de cisaillement sol-armature, les armatures se mettent en traction
Analyse en équilibre local
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Terre Armée : calcul d’Équilibre local
Traction mobilisée dans l’armature Tmax calculée à partir de K.’V (K variable entre Ka et Ko) doit être inférieure à :
• Résistance en traction du matériau (acier …)
• Résistance à l’arrachement sur la partie d’armature en arrière de la ligne des tractions maximales
Non applicable au clouage …
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Clouage : méthode de l’équilibre local non applicable, car :
Dans la Terre Armée – géométrie rectangulaire« constante », toujours les mêmes armatures, sol sélectionnéet homogène – il a été possible de définir a priori lesparamètres de dimensionnement :• Ligne des tractions maximales• Coefficient K = h / v• Frottement sol-inclusion µ
Dans le clouage tous ces paramètres varient du fait de :• Géométries variables et plus complexes• Sols variables et hétérogènes• Types d’inclusion et modes de mise en place variables• Construction « en descendant »
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Projet National de Recherches
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Mécanismes d’interaction sol – inclusion : comportement comparable à la Terre Armée
Efforts dans les inclusions Tractions le long
des inclusions Zones active /
résistante
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Mur expérimental en vraie grandeur - Clouterre n° 1Rupture par saturation du massif
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Différents types de clous Clous
- Clous forés (type micropieux) ou « autoforés »
- Clous battus
- Clous lancés Tirants
Cornièresbattues
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Mécanismes d’interaction sol - inclusion Influence de l’orientation des clous
Influence de l’inclinaison Déformation à la rupture
Pression latérale = équivalence pieu sollicité horizontalement : mise en butée du terrain
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Frottement latéral sol – inclusionInfluence de la teneur en eau dans les sols fins
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Mécanismes de frottement sol - inclusion Comparable à la Terre Armée :
dilatance par un faible déplacement relatif effet de la teneur en fines effet de la saturation
Mais des différences : sols plus variés influence du mode de mise en place des clous
D’où choix de détermination du frottement latéral qs de façon comparable aux pieux : constant avec la profondeur dépendant du mode de réalisation
► Abaques ou essais
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Frottement latéral sol – inclusionCourbes expérimentales de frottement sur les clous (données 1980)
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Autres différences avec la Terre Armée : phases provisoires d’excavation
Essai en vraie grandeur Clouterre n° 2 : Rupture de l’ouvrage par augmentation de la hauteur excavée
Stable Limite de la stabilité Rupture
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Déformations des murs clouésAutre différence par rapport à la Terre Armée :
excavation → effets sur l’environnementInfluence de l’inclinaison des inclusions
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Déformations
Observations Évaluation desexpérimentales déformations
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Dispositions constructives : Drainage
Drainage des eaux souterraines
Drainage des eaux de surface
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Durabilité des ouvrages permanents (Corrosion)Durée de vie des ouvrages et protection des inclusions
INDICE GLOBAL DE CORROSION I = A + C Avec C : Sécurité > Ouvrage sensible C >= 2
> Ouvrage courant C = 0
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Sommaire
• Développement du clouage dans les sols• Principes de comportement• Principes de dimensionnement• Aspects réglementaires
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Justificationéléments renforcement
Mécanismes de ruineEtats limites ultimes
Instabilité générale (grand glissement)
Instabilité externe (massif cloué = bloc monolithique)
Instabilité mixte (glissement dans le massif cloué)
Instabilité interne (défaillance des clous/parement)
Etats limites de service
Déformations
Durabilité (corrosion)
Justification géométrie massif cloué
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Instabilité générale (ou d’ensemble)• Mécanismes de rupture : généralement circulaires (méthode des tranches) ou
en arcs de spirale (méthode cinématique du calcul à la rupture)
• Toujours commencer par examiner la stabilité du site avant travaux =>ajustement des paramètres ou du niveau de sécurité visé après travaux
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Instabilité mixte• Stabilité contrôlée par plusieurs critères de rupture
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Instabilité mixte• La présence des clous modifie le mécanisme critique
Mécanisme critiquesans renforcement
Mécanisme critiqueavec renforcement
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Instabilité mixte• Mécanismes de mobilisation des efforts dans les clous
Compression – cisaillement
Traction – cisaillement
Cisaillement pur
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Instabilité mixte• Résistance intrinsèque des clous : contrôlée par trois paramètres
Effort normal maximal : Rn = Sacier x σa,max
Effort de cisaillement maximal Rc = Rn/2
Moment de plastification Mp= wp x σa,max
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Instabilité mixte• Interaction sol-clou : contrôlée par deux paramètres
Résistance à l’arrachement : τsol/pieu ≤ qsl = abaques ou essais
Résistance au poinçonnement : rsol/pieu ≤ pu = f(CPT ou PMT)
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Instabilité mixte• Combinaison des différents critères : utilisation du « multi-critère »
La mise en œuvre pratique du multi-critère montre que l’effet bénéfiquedu cisaillement reste limité (gain de sécurité généralement inférieur à15% par rapport au cas d’un travail en traction pure)
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Instabilité mixte• Exemple : clou GEWE ϕ40mm, qsl = 100 kPa, plim = 1,5 MPa, Lutile = 7m
TN
TC
Zone utile
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Instabilité interne1) Instabilité par perte d’adhérence sol/clou(s)
2) Instabilité par insuffisance de la résistance structurelle des clous
3) Instabilité due à la ruine du parement ou des dispositifs de liaison
1 2 3
Nécessite d’estimer les efforts de service subis par les clous et le parement
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Instabilité interne• Méthode simplifiée (norme française) : enveloppe des efforts de service
repris par les clous prise égale à la résultante de la poussée au repos
Avant travaux Après travaux
σh0 = K0σv0 σh = σ0 + Kaσv0
σ0 = ½(K0-Ka)γHσ0 = 0
![Page 37: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/37.jpg)
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Instabilité interne• Méthode simplifiée (norme française) : enveloppe des efforts de service
repris par les clous prise égale à la résultante de la poussée au repos
Effort de service maximal dans les clous (supposé atteint au tiers de lalongueur du clou comptée depuis le parement) :
hv
h sszzT
cosmax
Le parement ne reçoit qu’une fraction de la pression des terres :
zz hpar .
0,16,0
),max(2,04,0
vh ss
sh, sv : espacements horizontal et vertical des clousθ : inclinaison des clous par rapport à l’horizontale
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Instabilité interne• Distribution pyramidale de la poussée sur l’écran (Clouterre 2002)
![Page 39: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/39.jpg)
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Instabilité interne• Approche alternative : utilisation de la méthode cinématique du calcul à
la rupture
LextLint
Stabilité interne
Stabilité interne - poussée limite recherchée pour F = 1- avec Lutile = min(Lext, Lint)
poussée limite
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Instabilité externe• Approche courante : massif cloué assimilé à un mur poids monolithique
Stabilité au poinçonnementStabilité au glissement
Vd
Hd
Approche simplifiée, dérivée des calculs « sol renforcé »
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Instabilité externe• Approche plus élaborée : mécanisme de stabilité mixte de type multi-
blocs (souvent ignoré dans le dimensionnement)
Poussée
Butée
Mécanisme à trois blocs
Schéma simplifié
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Instabilité externe• Approche plus élaborée : mécanisme de stabilité mixte de type multi-
blocs (souvent ignoré dans le dimensionnement)
![Page 43: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/43.jpg)
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Instabilité externe
F = 2,10F = 1,70
Stabilité générale Stabilité mixte –mécanisme classique
(1 seul bloc)
• Approche plus élaborée : mécanisme de stabilité mixte de type multi-blocs (souvent ignoré dans le dimensionnement)
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Instabilité externe
F = 1,37Butée limitePoussée
limite
Arc de spirale
• Approche plus élaborée : mécanisme de stabilité mixte de type multi-blocs (souvent ignoré dans le dimensionnement)
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Instabilité externe
Modèle PLAXIS – calcul « c‐ϕ » reduction
Msf = F = 1,34
• Approche plus élaborée : mécanisme de stabilité mixte de type multi-blocs (souvent ignoré dans le dimensionnement)
![Page 46: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/46.jpg)
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Autres mécanismes à ne pas négliger• Phases provisoires de terrassement :
![Page 47: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/47.jpg)
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Autres mécanismes à ne pas négliger• Phases provisoires de terrassement : les clous ne jouent aucun rôle
dans la stabilisation de certains mécanismes de rupture !
Deuxième passe de terrassement Dernière passe de terrassement
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Autres mécanismes à ne pas négliger• Situations nécessitant des mécanismes plus élaborés (non circulaires,
multi-blocs etc…)
Couche médiocre
Mécanisme intéressant une couche intermédiaire de résistance médiocre
Mécanisme avec mobilisation de butée en pied (souvent lié à la présence d’une nappe)
Augmentation de l’inclinaison des clous inférieurs
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Etats limites de service• La question des déplacements
Subis par l’ouvrage et/ou induits sur ouvrages portés ou voisins
Demeurent toujours des estimations : mieux vaut prévenir que calculer
Le recours aux modèles numériques est surtout utile pour apprécier parcomparaison l’incidence favorable ou défavorable d’une dispositionparticulière, ou pour identifier les phases de terrassement critiques.
Nécessité d’un suivi si le déplacement est un critère de justification(méthode observationnelle)
Une précision inférieure au centimètre est illusoire
![Page 50: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/50.jpg)
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Etats limites de service• Méthode empirique pour estimation des déplacements
Semi-rocheux Sables Argiles
δv = δh H/1000 2H/1000 4H/1000 0.8 1.25 1.5
Largeur d’influence
![Page 51: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/51.jpg)
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Sommaire
• Développement du clouage dans les sols• Principes de comportement• Principes de dimensionnement• Aspects réglementaires
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Approche traditionnelle• Calcul sans pondérations : on vise une sécurité « globale »
Fmin = 1,50 en phase définitiveFmin = 1,30 en phase provisoireFmin = 1,00 sous séisme
![Page 53: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/53.jpg)
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Lien avec l’Eurocode 7• Méthode semi-probabiliste : pondération des actions et résistances
Choix norme Française :
- Approche 2 : pour les stabilités interne et externe- Approche 3 : pour les stabilités générale et mixte
![Page 54: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/54.jpg)
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Lien avec l’Eurocode 7• Principale différence entres les approches 2(~1.1) et 3 (~1.2)
Approche 3 (~1.2)
Approche 2 (~1.1)
Paramètres de résistance
Résistances
Actions
![Page 55: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/55.jpg)
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1,00 G + 1,30 Q
Lien avec l’Eurocode 7• Exemple norme française : Approche 3 + facteurs modèles en fonction
de la sensibilité de l’ouvrage aux déplacements (stabilité mixte)
Fs ≥ 1,10 pour ouvrage courant Fs ≥ 1,20 pour ouvrage sensible aux déplacements Fs ≥ 1,00 pour situations sismiques (γQ = 1)
γc’ = γφ’ = 1,25
γcu = 1,40
![Page 56: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/56.jpg)
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Lien avec l’Eurocode 7• Evaluation des frottements limites à partir d’essais d’arrachement
a
essaisks
,
,
n 3 4 5a1 (moy) 1.20 1.10 1.00a2 (min) 1.05 1.00 1.00
Facteurs de corrélation EC 7
![Page 57: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/57.jpg)
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Prise en compte du séisme• Utilisation de la méthode pseudo-statique
Simulation de l’action sismique par deux forces d’inertie équivalentes FH etFV proportionnelles (par définition) à la masse : FH = kH.W et FV = kV.W
Les coefficients sismiques « kH » et « kV » sont directement liés à l’actionsismique représentée par l’accélération nominale aN
Equivaut à une rotation du champ gravitationnel
![Page 58: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/58.jpg)
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Prise en compte du séisme• Accélération sismique (Eurocode 8)t :
• Facteur de site S (lié au contraste de rigidité sol/rocher)t :
![Page 59: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/59.jpg)
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Prise en compte du séisme• Accélération sismique (Eurocode 8)t :
• Facteur d’amplification topographique ST
t :
![Page 60: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/60.jpg)
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Prise en compte du séisme• Réponse du sol sous séismet :
Sollicitations sismiques = action de très courte durée = comportement enconditions non drainées
Pour un sol cohérent : la résistance (au cisaillement) sous séisme estcontrôlée par la cohésion non drainée cu (tenant compte des niveaux decontraintes après travaux !)
Un sol sans cohésion hors nappe est caractérisé par son angle defrottement effectif (φ’)
Pour un sol sans cohésion sous nappe, le paramètre approprié est larésistance au cisaillement cyclique non drainée τcy,u qui tient compte del’accumulation possible des pressions interstitielles
En toute rigueur, si utilisation des paramètres de résistance effective pourun sol sans cohésion sous nappe, il convient de considérer la bonne valeurde la pression interstitielle durant le chargement sismique.
•
![Page 61: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/61.jpg)
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Prise en compte du séisme• Mécanismes de ruine : instabilité générale et mixte
Pas d’amplification topographique
![Page 62: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/62.jpg)
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Prise en compte du séisme• Mécanismes de ruine : instabilité générale et mixte
Il y a lieu de considérer une amplification topographique
![Page 63: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/63.jpg)
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Prise en compte du séisme• Mécanismes de ruine : instabilité externe locale
Nécessite l’évaluation de la poussée des terres dynamique
![Page 64: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/64.jpg)
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Prise en compte du séisme• Mécanismes de ruine : instabilité externe locale
Nécessite l’évaluation de la poussée des terres dynamique
![Page 65: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/65.jpg)
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Prise en compte du séisme• Mécanismes de ruine : instabilité externe locale
Nécessite l’évaluation de la poussée des terres dynamique
![Page 66: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/66.jpg)
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Ce qu’il faut retenir
Technique ayant bénéficié de plusieurs REX en France et en Europe
Principes de dimensionnement différents de ceux de la « Terre armée »
Pratique du dimensionnement :
toujours commencer par examiner la stabilité du site
examen de plusieurs mécanismes potentiels : instabilité mixte, interne etexterne
ne pas négliger les phases provisoires de terrassement
effets sismiques traités par la méthode pseudo-statique
approche de calcul (ou système de pondération) différent selon pays
![Page 67: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/67.jpg)
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Merci de votre attention
![Page 68: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/68.jpg)
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Instabilité interne• Approche alternative : utilisation de la méthode cinématique du calcul à
la rupture
Lext
Stabilité mixte
Stabilité mixte - évaluation de la sécurité disponible F- avec Lutile = Lext
![Page 69: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/69.jpg)
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Instabilité interne• Approche alternative : utilisation de la méthode cinématique du calcul à
la rupture
LextLint
Stabilité interne
Stabilité interne - poussée limite recherchée pour F = 1- avec Lutile = min(Lext, Lint)
poussée limite
![Page 70: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/70.jpg)
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Instabilité interne• Approche alternative : utilisation de la méthode cinématique du calcul à
la rupture
q1 telle que F = 1
Lutile = min(Lext, Lint)
![Page 71: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/71.jpg)
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Instabilité interne
q1 fixée
q2 telle que F = 1
• Approche alternative : utilisation de la méthode cinématique du calcul àla rupture
Lutile = min(Lext, Lint)
![Page 72: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/72.jpg)
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Instabilité interne
q1 fixée
q2 fixée
q3 telle que F = 1
• Approche alternative : utilisation de la méthode cinématique du calcul àla rupture
Lutile = min(Lext, Lint)
![Page 73: Principes de stabilité interne et de dimensionnement](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052419/586e0bf41a28ab3f228b660e/html5/thumbnails/73.jpg)
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Instabilité interne• Traitement par modélisation numérique en éléments finis