Mastère Module « Conception et justification - AFTES 2011-2012/472... · o Calcul géotechnique - Ouvrages de soutènement – Ecrans (NF P 94-282, mars 2009) o DTU 14.1 - Travaux

MASTERE SPECIALISE

TUNNELS et OUVRAGES SOUTERRAINS De la conception à l’exploitation

Module « Conception et justification » Éléments de dimensionnement des ouvrages de soutènement (têtes de tunnel, tranchées couvertes)

J. MARLINGE – TERRASOL (groupe SETEC)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S

INSA Lyon - ENTPE MS TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS 2011-2012

CONCEPTION ET JUSTIFICATION - Ouvrages de soutènement : éléments de dimensionnement

0. PLAN DE LA SESSION

1. Cadre général de la problématique (Introduction)

2. Cadre réglementaire

3. Éléments de dimensionnement – clouage des sols 3.1 – Problématique et principe de la technique 3.2 – Justifications réglementaires (Norme NF P94-270) 3.3 – Dispositions constructives 3.4 – Cas particulier des ouvrages au rocher 3.5 – Exemples

4. Eléments de dimensionnement - Écrans de soutènement 4.1 – Problématiques types 4.2 – Justifications réglementaires (Norme NF P94-282) 4.3 – Phénomènes hydrauliques 4.4 – Exemples 5. Conclusion (Questions)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



1. INTRODUCTION : CADRE GENERAL

OUVRAGES DE SOUTENEMENT DANS LE CADRE DES PROJETS DE TUNNEL Ouvrages de soutènement associés aux tunnels classiques - Têtes de tunnel :

o ouvrages d’accès aux sections excavées en souterrain (tranchées d’accès, tympans, etc. ) sans contrainte particulière : techniques de terrassement et de renforcement de sol par clouage ;

o ouvrages d’accès aux sections excavées en souterrain, dans un environnement fortement contraint (contexte urbain, contexte géotechnique défavorable, etc.) : techniques de type écran de soutènement (paroi moulées, parois berlinoises, parisiennes, pieux sécants, etc.) ;

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Ouvrages de soutènement associés aux tunnels classiques - Têtes de tunnel - Clouage

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Ouvrages de soutènement associés aux tunnels classiques - Têtes de tunnel - Clouage

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Ouvrages de soutènement associés aux tunnels classiques - Têtes de tunnel - Ecran

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Ouvrages de soutènement associés aux tunnels classiques - Têtes de tunnel - Ecran

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S







Ouvrages souterrains à faible profondeur :

o tranchées couvertes à parois verticales (environnement contraint) : technique de type écrans de soutènement ;

o environnement non-contraint : tranchées couvertes selon une méthode classique de terrassement/remblaiement (cas non développé ici) ;

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Ouvrages souterrains à faible profondeur – Technique de déblai-remblai

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S







Ouvrages souterrains à faible profondeur :

o tranchées couvertes à parois verticales (environnement contraint) : technique de type écrans de soutènement ;

o environnement non-contraint : tranchées couvertes selon une méthode classique de terrassement/remblaiement (cas non développé ici) ;

Ouvrages particuliers :

o puits intermédiaires ;

o ouvrages au rocher ;

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Ouvrages particuliers - Puits

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Ouvrages particuliers – Terrassements au rocher

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




PROBLEMATIQUE GEOTECHNIQUE

CONTEXTE GEOTECHNIQUE:

o Terrains meubles de couverture ;

o Frange fracturée et altérée en surface des massifs rocheux ;

o Présence de nappes (nappe aquifère, nappe de versant, etc.);

o Présence d’avoisinants ;

FONCTIONS A ASSURER :

o Soutènement des terrains: - terrains meubles (le plus fréquent) : reprise des efforts de poussée (poids des terres, charges liées aux avoisinants et à l’exploitation, etc.) ; - terrain rocheux : maîtrise des chutes de bloc ;

o Stabilité du fond des terrassements (cas des trémies et tranchées couvertes);

o Stabilité vis-à-vis des phénomènes hydrauliques : - En phase provisoire : stabilité des fonds de fouille - En phase d’exploitation : drainage du massif de sol (cas des sols renforcés), résistance aux sous-pressions (soulèvement des trémies sous nappe) ;

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TECHNIQUES PRINCIPALES DE SOUTENEMENT :

Renforcement des sols par clouage ;

Soutènements de type écran ;

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



2. CADRE REGLEMENTAIRE

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



2. CADRE REGLEMENTAIRE GUIDES TECHNIQUES DE CONCEPTION (Règles de l’art)

o Dossier pilote des tunnels (CETU)

o Guide technique de conception générale des ouvrages de soutènement (SETRA - 1998)

o Guide pour la conception générale du génie civil des tranchées couvertes (SETRA - 2002)

o CLOUTERRE 1991 et additif 2002 ;

o TA.95 - Tirants d’ancrage – Recommandations concernant la conception, le calcul, l’exécution et le contrôle (CFMS) et norme associée NF P 94-321;

EUROCODES CADRES o Eurocode 7 – Règles générales - Partie 1 - Calcul géotechnique (NF EN 1997-1,juin 2005);

o Eurocode 7 – Règles générales – Partie 1 - Calcul géotechnique – Annexe nationale (NF EN 1997-1/NA, septembre 2006);

o Eurocode 7 – Règles générales – Partie 2 – Reconnaissances et Essais (NF EN 1997-2)

NORMES COMPLEMENTAIRES NATIONALES ET NORMES FRANÇAISES o Calcul géotechnique – Ouvrages de soutènement – Remblais renforcés et massifs en sol cloué (NF P 94-270, juillet 2010) ;

o Calcul géotechnique - Ouvrages de soutènement – Ecrans (NF P 94-282, mars 2009)

o DTU 14.1 - Travaux de cuvelage (Norme NF P 11.221, mai 2000)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



3. CLOUAGE DES SOLS

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



3. CLOUAGE DES SOLS \ 3.1 PROBLEMATIQUE ET PRINCIPE TECHNIQUE

PROBLEMATIQUE TYPE

Cas des têtes de tunnel (tranchées d’accès);

Nécessité de réaliser des talus de hauteur importante (pour assurer une entrée en terre avec une couverture suffisante), avec des pentes « raides » (limitation des volumes de terrassement);

Talus latéraux des tranchées, et talus du tympan du tunnel;

Contexte de terrain meuble ;

Nécessité de mettre en œuvre un confortement pour tenue à court-terme (phase chantier) et long-terme des excavations (phase exploitation de l’ouvrage) : technique de clouage des sols D

ocum

ents

péd

agog

ique

s in

tern

es a

u M

astè

re T

OS




TECHNIQUE DE CLOUAGE DES SOLS – Principe de réalisation

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TECHNIQUE DE CLOUAGE DES SOLS – Principe de fonctionnement

Tn

Tc

Résistances mobilisées (simultanément) : Résistance du sol:

oCohésion c’ oAngle de frottement φ’

Résistance des clous (multicritère) o Résistance axiale (traction-compression) o Résistance au cisaillement ; o Résistance à la flexion;

(Résistance du parement : résistance au cisaillement négligée)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Evolution de la traction dans le clou A au fur et à mesure de la construction

Etat des tractions dans les éléments de renforcement (ligne des tractions maximales) et des déformations à fin de construction

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Concept du multicritère : domaine (Tn, Tc) autorisé

Comportement similaire à celui d’un pieu chargé latéralement et subissant une sollicitation en tête par (T , M)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TECHNIQUE DE CLOUAGE DES SOLS – Mécanismes de rupture Instabilité externe locale (poinçonnement du sol support)

Instabilité externe générale (grand glissement du versant)

Instabilité interne par insuffisance de la résistance structurelle à la traction des renforcements ;

Instabilité interne par insuffisance de la résistance d’interaction sol-renforcement

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TECHNIQUE DE CLOUAGE DES SOLS – Mécanismes de rupture

Instabilité interne par ruine du parement ou du dispositif de liaison

Instabilité mixte (plusieurs modes possibles)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



3. CLOUAGE DES SOLS \ 3.2 JUSTIFICATIONS REGLEMENTAIRES

METHODOLOGIE GENERALE DES JUSTIFICATIONS

Paramètres de calcul : notion de « valeur de calcul » :

Ed = γm x Ek

Avec : γm ≥ 1 pour les actions γm ≤ 1 pour les résistances

Valeur de calcul Pondération Valeur caractéristique

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Vérifications à réaliser (au sens de la norme NF P 94-270) : Nota: la norme porte sur les sols cloués et les remblais renforcés

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Vérifications à réaliser (au sens de la norme NF P 94-270) Approches de calcul : Stabilité interne et externe : Approche n°2

A1 « + » M1 « + » R2 -> on ne pondère par les paramètres de sol

Stabilité générale et mixte : Approche n°3

A2 « + » M2 « + » R3 -> on pondère les paramètres de sol

D

ocum

ents

péd

agog

ique

s in

tern

es a

u M

astè

re T

OS




PONDERATIONS DES PARAMETRES DE CALCUL D’APRES LA NORME

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





A corriger par un facteur de corrélation dépendant du nombre d’essais : εa1 = 1,20

Nota : la norme ne propose pas de recourir à des abaques de valeurs de qs (type Clouterre). On prend usuellement un facteur de sécurité de 2 sur un frottement issu de la littérature

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Principes et méthodes de calcul

Stabilité externe : volume de sol cloué considéré comme un monolithe; vérification portance et glissement du sol de fondation demandée (rupture possible selon un mécanisme trois blocs) ; calcul selon les méthodes usuelles des fondations superficielles ;

Stabilité interne : vérification non nécessaire pour le cas des sols cloués de durée d’utilisation inférieure à un an; les valeurs de calcul Tmax;d des efforts appliqués dans chaque clou (ou lit de clou) sont issues des modèles de calcul utilisés pour les vérifications de stabilité générale et mixte (Cf. par après);

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Principes et méthodes de calcul

Stabilité générale et stabilité mixte

o Principe : on doit vérifier que, pour toute surface de rupture potentielle qui englobe le massif renforcé (stabilité générale) ou recoupe au moins un lit de renforcement (stabilité mixte), l’ensemble des actions qui tendent à faire glisser le massif limité par cette surface est équilibré par l’ensemble des actions stabilisatrices qui se développent le long de celle-ci ;

Tdst;d ≤ Rst;d / γR;d

où : Tdst;d : valeur de calcul des effets déstabilisants;

Rst;d : valeur de calcul de la résistance stabilisatrice;

γR;d : facteur partiel de modèle = 1,10 ouvrages peu sensibles aux déformations; = 1,20 pour les ouvrages situés à proximité de structures sensibles ;

o Modèles de calcul usuels: méthode de calcul numérique (méthode des tranches de Bishop, des perturbations, calcul à la rupture) ;

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Principes et méthodes de calcul Stabilité générale et stabilité mixte

o Méthode usuelle : méthode des tranches de Bishop o Hypothèses :

• découpage du volume instable en un nombre limité de tranches; • ruptures circulaires ; • écriture des moments au centre O du cercle de rupture considéré ; • efforts verticaux sur les deux faces d’une tranche se compensent (hypothèse de Bishop simplifiée);

o Fs = Σsurf (Moments résistants maximaux) / Σsurf (Moments moteurs)

Stabilité générale Stabilité mixte

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Principes et méthodes de calcul Stabilité générale et stabilité mixte

o démarche usuelle de calcul : recherche des cercles les plus défavorables selon différentes configurations; o on vise à assurer Fs ≥ 1 pour tous les cercles (pondérations partielles prises en compte);

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Approche empirique : Déplacements maximaux en tête, du même ordre de grandeur en horizontal et vertical Longueur d’atténuation : λ = h(1-tan(η1)).κ

Avec η1 l’inclinaison du parement sur la verticale

Ordres de grandeur usuels :

Dispositions constructives à considérer pour limiter ces déplacements : surdimensionner le premier lit, réalisation soignée de la deuxième passe de terrassement, etc.

Cas d’ouvrages complexes : méthodes plus complexes type élément fini pour calcul des déplacements à attendre

APPROCHE ELS – Calcul des déplacements

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



3. CLOUAGE DES SOLS \ 3.4 DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES

Dispositions constructives usuelles

Longueur et maille des clouages (pour un talus de hauteur h): o Lclou comprise entre 0,5xh et 0,7xh si maille serrée (1 à 2 unités par m²) ; o Lclou comprise entre 0,7xh et 1,2xh si maille usuelle (1 unité pour 2,5 à 6 m²); o Longueur accrue en tête (2 premiers lits) permet de réduire les déplacements horizontaux en tête (protection des avoisinants) ; la disposition inverse (clous de longueur croissante avec la profondeur dans le talus) est « déconseillée »;

Inclinaison des clous : o Entre 5 et 15° (garantit l’efficacité du renforcement)

Fiche : o obligatoire pour les ouvrages définitifs; o f de 0,2 m (assise rocheuse) à 0,4 m (assise meuble);

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Dispositions constructives usuelles Parement :

Protection locale contre la corrosion au contact terrain / parement

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




Dispositions constructives usuelles Gestion des eaux : Nécessaire pour assurer la stabilité en phase d’excavation, éviter la mise en charge du parement et limiter la corrosion des armatures ;

o Dispositif de collecte des eaux en tête de paroi (fossé) limitant les infiltrations;

o Barbacanes (1/4m²) ;

o Sols fins : drainage de l’interface parement/terrain (bandes verticales de drains géosynthétiques, largeur 0,5 m tous les 3 m, connectées à un exutoire ne pied);

o Eventuellement, drainage interne du massif (drains subhorizontaux raccordés à un exutoire en pied) ;

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



3. CLOUAGE DES SOLS \ 3.4 CAS DES OUVRAGES AU ROCHER

Contexte rocheux : Rocher sain : clouage « de principe » (typiquement, clous de longueur 6 m selon une maille 2 m x 2 m) ; mise en sécurité vis-à-vis des chutes de blocs superficiels de taille réduite + effet de « confinement » pour éviter une désorganisation chainée du massif ; Rocher fracturé : analyse de stabilité au glissement des dièdres potentiellement instables formés par la fracturation :

o étude statistique de la fracturation : définition de caractéristiques moyennes par familles de discontinuité (orientation, espacement, persistance, conditions des épontes), avec plages de variation;

o étude statistique ou déterministe de la stabilité des blocs potentiellement instables de plus grande taille, formés par la fracturation, avec prise en compte de l’effet des renforcements ;

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



3. CLOUAGE DES SOLS \ 3.4 CAS DES OUVRAGES AU ROCHER

Contexte rocheux :

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



3. CLOUAGE DES SOLS \ 3.5 Exemple

TUNNEL DE RAS R’MEL (Maroc)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Terrains : formations gréso-pélitiques Caractéristiques mécaniques : · Poids volumique : γ = 20 kN/m3 · Angle de frottement interne : φ’ = 28° · Cohésion effective : c’ = 20 kPa · Frottement latéral sol/clou : qs = 160 kPa

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Caractéristiques du clouage envisagé : - tympan penté à 5v/1h, hauteur 18.5 m; - soutènement par clouage de maille 1,5 m x 1,5 m en tête de talus, 1 m x 1 m en base (au droit de la section d’excavation), clous HA32, longueur 14 m; - forage de mise en œuvre de diamètre ф=0,101 m; - Béton projeté : épaisseur 25 cm ; - renforcement par treillis soudé (deux nappes de ST25C) ; - drainage par fossés de tête, fossés de pied et barbacanes ;

Pondérations :

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TUNNEL DE RAS R’MEL (Maroc) Tympan stable à court-terme

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TUNNEL DE RAS R’MEL (Maroc) Tympan instable à long-terme

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TUNNEL DE RAS R’MEL (Maroc) Configuration tympan à long-terme : remblaiement

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TUNNEL DE RAS R’MEL (Maroc) Problématiques de gestion des eaux

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



4. ECRANS DE SOUTENEMENT

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



4. ECRANS DE SOUTENEMENT \ 4.1 PROBLEMATIQUES TYPES

q1

q2 q2

- Trémie en phase chantier et exploitation - Tranchée couverte en phase chantier

- Tranchée couverte en phase exploitation

CONFIGURATIONS REPRESENTATIVES DES OUVRAGES

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




q2

p

b

T

- Trémie en phase chantier et exploitation - Tranchée couverte en phase chantier

- Tranchée couverte en phase exploitation

SOLLICITATIONS USUELLES DES ECRANS

q1

q2

u

p

b

T1

T2 T2

T3

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




PRINCIPAUX MECANISMES DE RUINE (au sens de la norme NF P 94-282) - Ruptures d’origine mécanique -

Défaut de butée des terrains : rupture rotationnelle par insuffisance de fiche et/ou de butée

Cas a) Cas b) Cas c)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Ruine de la structure de l’écran : défaut de résistance vis-à-vis des actions les plus défavorables (moment fléchissant, effort tranchant, effort axial)

Cas a) Cas b) Cas c)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



4. ECRANS DE SOUTENEMENT \ 4.1 PROBLEMATIQUE TYPES

PRINCIPAUX MECANISMES DE RUINE (au sens de la norme NF P 94-282) - Ruptures d’origine mécanique - Défaut de portance sous charges verticales d’origine structurale :

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Ruine d’un appui :

Cas a) Rupture d’un tirant

Cas b) Rupture d’un buton

Cas c) Arrachement d’un tirant

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Instabilité du massif d’ancrage d’un écran : déplacement inacceptable ou rutpure

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Stabilité d’ensemble : rupture rotationnelle (pour mémoire)

Cas a) Surface de rupture non circulaire

Cas b) Surface circulaire

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




PRINCIPAUX MECANISMES DE RUINE (au sens de la norme NF P 94-282) - Ruptures d’origine hydraulique -

Soulèvement général (poussée d’archimède)

Soulèvement général du fond de fouille Soulèvement des structures sous l’effet des sous-pressions

u

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




PRINCIPAUX MECANISMES DE RUINE (au sens de la norme NF P 94-282) - Ruptures d’origine hydraulique -

Action des forces d’écoulement

Mécanismes : - Annulation de la butée du terrain en fond de fouille; - Erosion interne et érosion régressive (effondrement de la structure du sol)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



4. ECRANS DE SOUTENEMENT \ 4.2 Dimensionnement (Norme NF P 94-282)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Paramètres de calcul : notion de « valeur de calcul » :

Ed = γm x Ek

Avec : γm ≥ 1 pour les actions γm ≤ 1 pour les résistances Approche de calcul (fixée par la application nationale de l’eurocode 7):

o Approche 2 : pondération directe des actions et résistances (Pas de pondération pour les paramètres de résistance c’ , φ’…) ;

o Approche 2* : pondération des effets de certaines actions

Valeur de calcul Pondération Valeur caractéristique

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




JUSTIFICATIONS IMPOSEES PAR LA NORME NF P 94-282

Justifications à l’ELU (paragraphe 8.2 de la norme):

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




JUSTIFICATIONS IMPOSEES PAR LA NORME NF P 94-282

Justifications à l’ELS (paragraphe 8.3 de la norme) :

- Calcul des déplacements : respect des valeurs limites fixées ;

- Calcul des efforts dans les soutènements : respect des capacités de la structure de l’écran (pour éviter les phénomènes de fissuration et de corrosion );

- Le cas échéant, calcul des efforts dans les tirants : respect des capacité du tirant et limitation du fluage ;

( + calcul des débits d’exhaure)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Modèles de calcul admis : Modèle aux équilibres limites (MEL):

o On reconsidère des poussées/butées limites (mobilisables)

o valable pour écrans autostables et jusqu’à un niveau d’ancrage ;

o ne permet pas le calcul des déplacements

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Modèles de calcul admis :

Modèles d’interaction sol/structure (MISS):

o Calcul de type poutre sur appuis ;

o On recherche la distribution des pressions assurant la stabilité de l’écran ;

o deux types de modèle :

Miss-K Miss-F

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




PONDERATIONS REGLEMENTAIRES APPROCHE DE CALCUL n°2 Vérifications des états limites géotechniques (GEO) et de structure (STR)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




PONDERATIONS REGLEMENTAIRES APPROCHE DE CALCUL n°2

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




PONDERATIONS REGLEMENTAIRES APPROCHE DE CALCUL n°2 Vérifications des états limites géotechniques (GEO) et de structure (STR)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




PONDERATIONS REGLEMENTAIRES APPROCHE DE CALCUL n°2 Vérifications des états limites ultimes de soulèvement hydraulique global (UPL)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




PONDERATIONS REGLEMENTAIRES APPROCHE DE CALCUL n°2 Vérifications des états limites ultimes de soulèvement hydraulique local ou d’érosion (HYD)

Vérifications de la résistance à la traction des tirants métalliques

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




VERIFICATIONS ELU - STABILITE GENERALE – Stabilité générale site

a/ Stabilité générale du site :

Principe de calcul : « vérifier que pour tout mécanisme de rupture potentiel qui englobe tout ou partie de l’écran (et de son ancrage), l’effet des actions déstabilisatrices est équilibré par les résistances qui s’y opposent »

Mécanisme de rupture (Cf. précédem-ment) ;

Modèles de calcul : usuellement, méthode des tranches dite de « Bishop », des « perturbations » ou méthode du calcul à la rupture;

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




VERIFICATIONS ELU - STABILITE GENERALE b/ Renard Solide :

Principe de calcul : vérifier la stabilité vis-à-vis de l’équilibre limite des contraintes effectives à la base de l’écran entre les deux faces de celui-ci.

Mécanisme de rupture : Cf. Figure

Modèle de calcul :

On vérifie que: qdtb;d ≤ qstb;d

avec : Contrainte déstabilisatrice qdtb;d = 1,35xqdtb;k

qdtb;k = γ.∆z1+(γ-(1-i1).γw).∆zf1

i1 : gradient hydraulique amont Contrainte stabilisatrice qstb;d = qstb;k / 1,1 qstb;k = Nq.σ’v,k+(Nq-1)/(tg(φ’k)) Et Nq=tg²(π/4+φ’k/2).eπtg(φ’k)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




VERIFICATIONS ELU - DEFAUT DE BUTEE

Objectif : Vérifier que la butée mobilisable est supérieure à la butée nécessaire à l’équilibre, avec un niveau de sécurité suffisant ; Méthode : Ecrans auto-stables : Calcul de type MEL obligatoire (Cf. 8.4.2-(2)) Ecrans avec niveaux d’ancrage : calcul selon une méthode MEL (un niveau d’ancrage uniquement) ou MISS ; D

ocum

ents

péd

agog

ique

s in

tern

es a

u M

astè

re T

OS




VERIFICATIONS ELU - DEFAUT DE BUTEE – Méthode MEL (Ecrans autosables)

Principe de vérification

A partir d’un niveau de fiche fixé :

a/ vérifier que la fiche disponible est suffisante pour atteindre l’équilibre des moments ;

b/ vérifier que la contre butée disponible est suffisante pour assurer l’équilibre des efforts

Pondérations : méthode de calcul 2 Poussées Fa et Fca : γGsup = 1,35 Butées Fb et Fcb : γR;b = 1,1 (transitoire)

= 1,4 (permanente)

Eau : γ = 1,0 Ancrages : γa ;(t ou p) = 1,1 Surcharges : dépend de la nature et de l’effet

Fa

Fb

α.Fcb

zn zn : niveau de « transition »ΔU

Pnécessaire

disponible

Fca α.Fcb

z

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S


Pression différentielle

O

C

f0

fb

z

P

RC




Principe de vérification – a/ Fiche fb : fiche de l’écran sous le point de pression différentielle nulle ; f0 : fiche de l’écran nécessaire à l’équilibre des moments au point C.

On doit vérifier que fb ≥ f0

En écrivant l’équilibre des efforts horizontaux dans cette configuration, on calcule la valeur de la contrebutée nécessaire Rc. IL faut fb ≥ 1,2 x f0

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S


C = point de transitionRC

C

Pnécessaire

disponible

Fcaα.Fcb

ΔUinf




Principe de vérification b/ Contre-butée En écrivant l’équilibre des efforts horizontaux dans cette configuration, on calcule la valeur de la contrebutée nécessaire Rc.

On vérifie que la mobilisation de cette contrebutée est possible sur le segment de l’écran situé au-dessous du point C: Rc = α.Fcb – Fca + ∆Uinf

La contrebutée est assurée si α ≤ 1

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




VERIFICATIONS ELU - DEFAUT DE BUTEE – Méthode MEL (Ecrans ancrés)

Principe de vérification : On doit vérifier que la hauteur de fiche est suffisante pour assurer l’équilibre des forces et de moments, en appliquant les facteurs de sécurité partiels sur les différentes actions du calcul.

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S


Principe de vérification

Calcul considérant les valeurs caractéristiques des paramètres.

On doit vérifier que la butée mobilisée sur la hauteur de la fiche de l’écran est acceptable: Bt;d ≤ Bm;d

Avec Bt;d = 1,35xBt;k

Bm;d = Bm;k/γR;b

où γR;b = 1,1 (transitoire) = 1,4 (permanent) Soit Bm;d /Bt;d ≥ 1,5 (transitoire) ≥ 1,9 (permanent) Nota : pour certains cas (actions variables défavorables importantes), la norme recommande d’appliquer un facteur partiel 1,50/1,35 = 1,11 sur les valeurs caractéristiques des surcharges variables.

Poussée (mobilisée)

Butée mobilisée

Butée limite



VERIFICATIONS ELU - DEFAUT DE BUTEE – Méthode MISS

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




VERIFICATIONS ELU - RESISTANCE DE LA STRUCTURE

Principes : Vérifications à faire pour toutes les phases de construction et d’exploitation de l’ouvrage; vérification que la résistance de la structure est assurée avec une sécurité adéquate vis-à-vis des efforts tranchants, moments fléchissants, efforts axiaux, etc.;

Se référer aux dispositions de calcul applicables au matériau considéré pour la paroi (béton, acier, etc.); Effort à considérer :

Calcul type MEL : donne directement les effets des actions à considérer; Calcul type MISS : considérer Ed=1,35xEk (Ek issu des calculs);

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




VERIFICATIONS ELU - STABILITE SOUS CHARGES VERTICALES

Détermination de la résultante des efforts verticaux appliqués à l’écran

o Modèle MEL : sur la base des inclinaisons limites des poussées / butées issues des tables

o Modèle MISS : pas de méthode explicite définie par la norme – accès difficile ;

Capacité portante à estimer sur la base des normes en vigueur (DTU13.2, Fascicules 62 Titre V, etc.) en attendant la publication des nouvelles normes de fondation ;

Capacité portante calculée en considérant un frottement positif sous le point d’effort tranchant nul seulement (garantit la cohérence des calculs de portance et défaut de butée)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




VERIFICATIONS ELU - STABILITE DES APPUIS

Vérification de :

La résistance structurelle de l’appui:

tirant : Pd ≤ Rt;d/γRd

avec Rt;d = fy;k.Ag/γM0 la valeur de calcul de résistance du tirant

et γRd un facteur partiel de modèle (0,85 à 1,05 en fonction du type d’acier)

buton : Pd ≤ Rb;d/γRd

avec Rb;d la valeur de calcul de la résistance du buton

La résistance à l’arrachement (cas des tirants) :

Pd ≤ Ra;d/γRd

avec Ra;d la valeur de calcul de la résistance à l’arrachement

γRd un facteur partiel de modèle dépendant du mode de détermination de la résistance (1,0 si essai, 1,4 si modèle)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




VERIFICATIONS ELU - STABILITE DU MASSIF D’ANCRAGE

Principe :

Vérifier que la longueur libre est suffisante pour éviter tout report des efforts d’ancrage sur l’écran;

Revient à justifier la stabilité du massif d’ancrage « ABCDA »

Utilisation du modèle de Kranz simplifié : surface de rupture plane entre les points C et D :

o D : point d’effort tranchant nul

o C : point d’ancrage effectif (milieu du scellement ou base du contre rideau)

A B

C

E

D

écran

tirantα

β

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





A B

C

D

α

β

P1

T

θ1

P2θ2

E

F

W

X

Z

O

Rf

Rc

φ

Fe • P1 : réaction de l’écran

• P2 : poussée amont

• Fe : charges extérieures

• W : poids « net »

• T : effort d’ancrage

• Rf : résistance frottement

• Rc : résistance cohésion

• φ : angle de frottement

0TPPFWRR 21efc

Inconnue

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Principe de vérification : Tdsb;d = T dsb;k /1,10 (T dsb;k : valeur caractéristique de l’effort déstabilisant) Tref;d = 1,35 x Tref;k

(Tref;k : valeur caractéristique de l’effort d’ancrage calculé)

On vérifie que : Tref;d ≤ Tdsb;d

Cas de plusieurs ancrages :

Faire la vérification pour chaque ancrage en tenant compte des effets déstabilisants des ancrages inclus dans le volume de sol considéré.

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




VERIFICATIONS ELS

Calcul des déformations de la paroi (méthode MISS) : niveau de précision au mieux centimétrique Comparaison aux seuils admissibles définis dans le cadre du projet (ordre de précision centimétrique ;

Vérification de la portance de l’écran

Vérification ELS des appuis ;

Vérification des tirants vis-à-vis du fluage

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



4. ECRANS DE SOUTENEMENT \ 4.3 Phénomènes hydrauliques

VERIFICATIONS ELU - STABILITE VIS-À-VIS DES PHENOMENES HYDRAULIQUES

Mécanismes en phase provisoire :

o rupture par soulèvement hydraulique global du terrain (ou d’une structure)

o rupture par soulèvement hydraulique des particules du sol (« boulance »)

o rupture par érosion interne et érosion régressive

2 derniers mécanismes: en cas de gradient hydraulique en fond de fouille; dispositions constructives de type puits de décharge ou pompage de rabattement permettent en général de maîtriser ces mécanismes.

Mécanismes en phase définitive (cas d’une tranchée à fond étanche):

o soulèvement global de la structure sous l’effet des sous-pressions

La stabilité de l’ouvrage peut être assurée en mettant en œuvre des dispositifs d’ancrage sous le fond des terrassements (micropieux, etc.) , ou, pour les phases accidentelles, en considérant un frottement résistant le long de la fiche de l’écran travaillant en arrachement.

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



4. ECRANS DE SOUTENEMENT \ 4.4 Exemples

TUNNEL DE TOULON (Tube Sud) Exemple de dispositions constructives

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TUNNEL JENNER (Le Havre) Exemple de calcul MISS-K

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S




TUNNEL JENNER (Le Havre) Exemple de calcul MISS-K (extrait du rapport d’études)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S





Synthèse des calculs

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S



5. CONCLUSION (Questions)

Doc

umen

ts p

édag

ogiq

ues

inte

rnes

au

Mas

tère

TO

S

Documents

Mastère Module « Conception et justification - AFTES 2011-2012/472... · o Calcul géotechnique - Ouvrages de soutènement – Ecrans (NF P 94-282, mars 2009) o DTU 14.1 - Travaux