Ouvrages de soutènement
Le calcul des soutènements selon l’Eurocode 7
Applications de l’Eurocode 7
6 / 8 décembre 2010
Le calcul des soutènements selon l’Eurocode 7
Plan de la présentation • Structure de l’Eurocode 7 • Idées directrices • Etats limites • Lecture française
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Calcul des soutènements
Structure de l’Eurocode 7
Chapitre 9 : Ouvrages de soutènement • 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 Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements
Structure de l’Eurocode 7
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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Calcul des soutènements
Structure de l’Eurocode 7
Chapitre 11 : Stabilité générale • 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 Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements
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• Définitions • Murs de soutènement
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Calcul des soutènements
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• Définitions • Ecrans de soutènement
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Calcul des soutènements
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• Définitions • Soutènements composites
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• Check-lists
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Calcul des soutènements
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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 • Vérifier l’accessibilité pour entretien • Stabilité des panneaux de paroi moulée • Section suffisante pour permettre le fonçage des palplanche • Programme d’entretien du système de drainage Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Idées directrices
• Méfiez-vous des calculs • « Il convient de vérifier les calculs par rapport à des
expériences comparables. » • « …ne pas considérer comme précis les calculs de tassement, ils donnent seulement une indication approchée. » • «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. » Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Idées directrices
• 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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Calcul des soutènements selon l’EC7
Idées directrices
• Méthode observationnelle • 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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Calcul des soutènements selon l’EC7
Idées directrices
• Méthode observationnelle •
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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Calcul des soutènements selon l’EC7
Idées directrices
• Méthode observationnelle •
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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Idées directrices
• Méthode observationnelle
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Idées directrices
• 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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Idées directrices
• Appuis
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Idées directrices
• 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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Idées directrices
• Appuis
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Idées directrices
• Appuis
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Idées directrices
• Actions mécaniques / Actions géométriques • Les coefficients partiels intègrent normalement l’effet de variations géométriques mineures… • …mais les paramètres géométriques sensibles visà-vis d’un ELU GEO (niveau de l’excavation) doivent être considérés comme des actions : => ad → anom + a, a = min(10 % . H ; 0,5 m) a > si niveau incertain a = 0 si contrôle fiable
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Idées directrices
• 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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Idées directrices
• 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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Idées directrices
• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres • Tenir compte des modes et amplitudes des mouvements
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Idées directrices
• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres
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Idées directrices
• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres • Pressions des terres au repos : . y < 5.10-4 . h dans les sols normalement consolidés . K0 = (1-sin’) . Roc1/2, sauf pour Roc élevé . K0; = K0 . (1+sin)
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Idées directrices
• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres • Tenir compte du mouvement relatif et de la forme correspondante de la surface de rupture.
• L’hypothèse d’une rupture plane n’est pas sécuritaire,notamment pour et élevés. Applications de l’Eurocode 7
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Idées directrices
• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres
EQUILIBRE DE RANKINE
/2- Ecran Spirales logarithmiques EQUILIBRE DE PRANDTL
EQUILIBRE DE RANKINE
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Idées directrices
• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres • d = k . cv;d • Tenir compte de l’équilibre vertical
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Idées directrices
• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres
= 0 à +2/3 .= ?
= 0 à –2/3 .
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Idées directrices
• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres
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Idées directrices
• Recommandations concernant le calcul de la poussée des terres
< 0
> 0
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Etats Limites
• 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 en général suffisantes pour éviter l’occurrence d’un ELU dans une structure voisine. Applications de l’Eurocode 7
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• Etats Limites de Service
. 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 Applications de l’Eurocode 7
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Etats Limites
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Etats Limites
• Etats Limites de Service
• Perte de la force d’ancrage par déplacement excessif, fluage ou relaxation
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Etats Limites
• Etats Limites de Service • 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
• 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) o Rupture par annulation des contraintes effectives verticales (HYD) o Rupture par érosion régressive (HYD) Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages STR Cf. EN 1992 1993 1994 1995 1996 Applications de l’Eurocode 7
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages GEO
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages • 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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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages UPL
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites communs à tous les types d’ouvrages HYD o Rupture par annulation des contraintes effectives verticales (boulance) o Rupture par érosion régressive (renard)
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites relatifs aux murs de soutènement GEO
o Défaut de portance o Rupture par glissement o Rupture par renversement
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites relatifs aux murs de soutènement
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • 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 Applications de l’Eurocode 7
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites relatifs aux écrans de soutènement L’intensité et la direction de la contrainte de cisaillement de calcul doit être compatible avec le déplacement relatif vertical.
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites relatifs aux écrans de soutènement 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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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites relatifs aux écrans de soutènement o Arrachement des ancrages
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GEO
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites relatifs aux écrans de soutènement 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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Calcul des soutènements selon l’EC7
Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Etats Limites relatifs aux écrans de soutènement 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. GEO Applications de l’Eurocode 7
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Approches de calcul (STR et GEO) 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 3 = application de coefficients partiels appliqués principalement à la résistance au cisaillement du sol, y compris pour les ELU « STR » o Approche 2 = application de coefficients partiels appliqués principalement aux actions, y compris pour les ELU « GEO » Applications de l’Eurocode 7
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Etats Limites
• Etats Limites Ultimes • Approches de calcul Approches de calcul (STR et GEO) 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
Action perm. défavorable, G Action perm. favorable, G Action var. défavorable, Q
1,35 1 1,5
1 1 1,3
1,35 1 1,5
1 1 1 1
1 1,25 1,25 1,4
1 1 1 1
Facteurs partiels pour les paramètres du sol, M ’ c’ cu
Facteurs partiels de résistance, R
Résistance / soutènements
Résistance / stabilité globale Résistance / ancrages
1 1 1,1
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1,35 ou 1 1 1,5 ou 1,3 1 1,25 1,25 1,4
1 1 1,4 1 1,1 1 1,1 1,1 1 6 / 8 décembre 2010
Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Principes généraux • 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. => Normaliser ≠ inventer. => Normaliser ≠ bloquer. => Participation nécessaire de l’ensemble des acteurs de la profession. • Les calculs doivent rester intelligibles et contrôlables. • Le calcul est un moyen parmi d’autres. Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Principes généraux • Autres moyens : o Expériences comparables => mesures prescriptives o Reconnaissance préalable des avoisinants => diagnostic => dispositions constructives appropriées o Méthode observationnelle => dimensionnement interactif => suivi géotechnique Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Lecture française
• Etats Limites Ultimes (STR) Approche 2 Surchargex 1,5 / 1,35 Effet des actions x 1,35
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Action du sol x 1,35
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Lecture française
• 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 » ; . on
applique la méthode observationnelle lorsque le modèle géotechnique est incertain . la conception permette d’éviter l’occurrence d’une rupture fragile.
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2
Instabilité rotationnelle Applications de l’Eurocode 7
ELU2 : GEO => STR 6 / 8 décembre 2010
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 Action = ce qui pousse côté terres x 1,35
Résistance = ce qui bute côté excavé x 1 / 1,4 Applications de l’Eurocode 7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2
H D
P = Ka . . (H+F)2 / 2 B = Kp . . F2 / 2 P=B+R P . (H+F) / 3 = B . F/3 + R . (D+F)
F
Ka..[(H+F)3/6-(H+F)2/2.(D+F)] = Kp..[F3/6-F2/2.(D+F)]
R
F(Ka x 1,35 ; Kp / 1,4) = F(Ka ; Kp / 1,9) Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Lecture française
• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2
Bm;d = Bm;k / 1,4
Bt;d= 1,35 . Bt;k
Bt;d < Bm;d Bt;k < Bm;k / 1,9 Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 • Calcul aux coefficients de réaction : Butée mobilisable / butée mobilisée = 1,9
Butée mobilisable
• Avantage : calcul unique => ELS => STR => GEO Butée mobilisée
Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2
Kp / 1,9 Butée mobilisable
• Calcul à la rupture : .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)
Butée mobilisée Applications de l’Eurocode 7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 • Cas des écrans en console : Butée mobilisable / butée mobilisée toujours > 1
=> ne signifie rien ! => seule l’approche type « calcul à la rupture » est acceptable dans ce cas.
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 H
Homogénéité avec le calcul des pieux chargés horizontalement :
- H x 1,35 - Kp x 1 / 1,4
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 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 Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 Intérêt de cette distinction : • 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 paramètres géotechniques.
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• 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) Approche 2 d
o
R W
F=
R . (c+n.tg).ds ________________ W.d
-actions sur la ligne de glissement x 1,35 n M
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-résistance au cisaillement x 1/1,1
…soit F = 1,5 6 / 8 décembre 2010
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• Etats Limites Ultimes (GEO) F=
d
o
R W
n M
R . (c+n.tg).ds ________________ W.d
…ou encore F=1, avec :
-tg / 1,5 -c / 1,5 Or l’approche 3 demande seulement :
-tg / 1,25 -c / 1,25
…ce qui permet de ne pas déclarer inconstructibles tous les sites avec TN en pente. Applications de l’Eurocode 7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 ou approche 3 ?
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 ou approche 3 ? • 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. Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Question fondamentale : à partir de quand un soutènement devient-il un clouage?
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Question fondamentale : à partir de quand un soutènement devient-il un clouage?
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Calcul des soutènements selon l’EC7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 ou approche 3 ?
F = 1,5 Approche 2 => OK Applications de l’Eurocode 7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 ou approche 3 ?
F = 1,1 Applications de l’Eurocode 7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 ou approche 3 ?
F = 1,25 => OK mais approche 3 Applications de l’Eurocode 7
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• Etats Limites Ultimes (GEO) Approche 2 ou approche 3 ? => 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 Applications de l’Eurocode 7
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Calcul des soutènements selon l’EC7
Lecture française
• Etats Limites Ultimes (GEO) • 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 « coefficient de modèle » fonction de la méthode de calcul. Applications de l’Eurocode 7
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