Chapitre 3. Ouvrages de Soutènement

3.1 Généralités

3.1.1 Définition

Les ouvrages de soutènement sont des constructions destinées à prévenir l’éboulement ou le

glissement d’un talus raide. Ils sont essentiellement employés :

- soit en site montagneux pour protéger les chaussées routières contre le risque d’éboulement ou

d’avalanches ;

- soit, en site urbain pour réduire l’emprise d’un talus naturel, en vue de la construction d’une

route, d'un bâtiment ou d’un ouvrage d’art.

II existe deux grandes classes d’ouvrages de soutènement :

a) Les murs : qui sont composés d’une paroi résistante et d’une semelle de fondation. C’est le cas

des murs en T renversé ou des murs-poids en béton armé ou encore en maçonnerie (briques,

pierres,…) ou formés d’éléments spéciaux (murs végétalisés, gabions métalliques, …).

b) Les écrans qui sont composés seulement d’une paroi résistante (rideau de palplanches formé

de profilés métalliques emboîtés les uns dans les autres et fichés dans le sol ; paroi moulée en

béton armé ; mur en terre armée avec parement composé d’écailles en béton).

c) Les ouvrages en remblai ou sol renforcé : ce sont des ouvrages qui comportent des rangées

sensiblement horizontales de renforcements, interposées entre des couches successives du

remblai au fur et à mesure de la construction de l'ouvrage.

3.2 Différents types de murs de soutènement :

La notion « d’écran de soutènement » couvre l’ensemble des structures servant à retenir un massif

de sol autour d’une excavation à l’aide d’éléments de matériaux résistants à la poussée des terres. Dans

la définition de l’Eurocode 7, un « ouvrage de soutènement » retient des terrains (sols, roches ou

remblais) et/ou de l’eau.

Chapitre 3 Ouvrages de Soutènement

L’effort de poussée exercé par le massif de terre retenu peut être repris de diverses manières. Trois

modes principaux peuvent être distingués :

Cas ou la poussée est reprise par le poids de l’ouvrage de soutènement ;

Cas ou la poussée est reprise par encastrement de l’ouvrage de soutènement ;

Cas ou la poussée est reprise par des ancrages.

3.2.1 Cas ou la poussée est reprise par le poids de l'ouvrage de soutènement :

Dans ce type d'ouvrage on trouve :

3.2. 1.1 Des murs en béton ou en maçonnerie :

Ces ouvrages rigides ne supportent pas des tassements différentiels supérieurs à 2-3°/°°. Les

gabions ("sacs" de grillage remplis de gros cailloux) peuvent être assimilés à des murs, mais

supportent eux des déformations importantes

Figure (3.1) Murs en Pierres et en maçonnerie

3.2. .1 2 Des ouvrages cellulaires :

Sont très variés et le type le plus ancien est le mur caisson en éléments préfabriqués. Dans les

travaux maritimes, par exemple, on utilise pour la construction des quais de grands batardeaux

cellulaires en palplanches métalliques ou de grands caissons en béton armé. Dans un ouvrage

cellulaire, la cellule est remplie de sol et l’ensemble forme un ouvrage qui peut être, dans certains cas,

très souple.

3.2. .1 3 Le mur en terre armée:

Il s'agit d'une méthode de soutènement assez récente (1963) développée par Henri Vidal, qui

consiste à utiliser le sol, et non un mur en béton pour assurer la stabilité d'un versant. Le concept est de

renforcer le sol par l'ajout d'armatures qui solliciteront un frottement entre elles et les cailloux du

remblai.

Chapitre 3 Ouvrages de Soutènement

Figure (3.2) Renforcement par bandes métalliques

3.2.2 Cas ou la poussée est reprise par le poids de l'ouvrage de soutènement :

La poussée peut être reprise par l'encastrement de l'ouvrage dans le sol de fondation. On trouve

dans ce type d'ouvrages :

3.2.2.1 Les murs cantilevers:

(dont la base élargie est encastrée dans le sol de fondation). Ces murs "fonctionnent" sous l'effet

du poids du remblai. Un mur cantilever peut d’ailleurs être considéré comme un ouvrage poids si l’on

y inclut le poids du remblai compris entre le mur et la verticale I passant par l’extrémité arrière de la

semelle figure 3.7. Les murs cantilevers en béton armé sont également des ouvrages rigides.

Figure (3.3) Mur Cantilever

3.2.2.2 Les parois moulées :

La technique de la paroi moulée est largement utilisée dans les milieux urbains, elle permet

d'atteindre des profondeurs de l'ordre de 100 mètres. Une paroi moulée fonctionne par encastrement

total ou partiel dans le sol de fondation où les déformations liées aux interactions sol - structure

doivent être soigneusement analysées, afin de s'assurer que les déplacements horizontaux et verticaux

du sol ne risquent pas d'endommager les constructions existant à proximité.

Chapitre 3 Ouvrages de Soutènement

Figure (3.4) Parois moulées

3.2.2.3 Les rideaux de palplanches

Les rideaux de palplanches sont constitués de palplanches métalliques en général, emboîtées les

unes dans les autres et battues dans le sol de fondation, pour former un écran vertical, le plus souvent

rectiligne, servant de soutènement à un massif de sol.

Les rideaux de palplanches peuvent constituer des ouvrages provisoires ou définitifs. Leur

caractéristique essentielle est que le soutènement ainsi formé est souple, ce qui nécessite une méthode

spécifique de dimensionnement.

Les rideaux de palplanches ce sont des ouvrages de soutènement flexibles, où l’interaction

structure-remblai a une influence prépondérante sur le comportement de l’ouvrage.

Figure (3.5) Rideaux de palplanches

Chapitre 3 Ouvrages de Soutènement

3.2.3 Cas ou la poussée est reprise par des ancrages:

Dans les deux cas cités précédemment (poussée reprise par le poids ou l'encastrement), il est

possible d'utiliser des tirants pour reprendre une partie de la poussée des terres. Les tirants sont très

fréquents dans le cas des parois, pour limiter la profondeur à encastrer et reprendre provisoirement la

poussée des terres. Après excavation les efforts seront repris par les planchers disposés entre les parois

et souvent les tirants seront désactivés. Les ouvrages ancrés rencontrés sont donc :

3.2.3.1 Les murs ancrés ;

Le principe consiste à réduire les forces actives du glissement et à accroître les contraintes

normales effectives sur la surface de rupture.

Figure (3.6) Murs ancrés

3.2.3.2 Les parois moulées ancrées :

Dans le cas où les pressions exercées par le massif de terre à retenir ne peuvent être équilibrées

par les forces de butée mobilisées dans la partie en fiche, si la hauteur hors fiche est importante. On a

souvent recours à un système d’ancrage en tête au moyen de tirants.

Figure (3.7) Parois moulées ancrées

Chapitre 3 Ouvrages de Soutènement

Figure (3.8) Parois moulées ancrées

3.2.3.3 Les palplanches ancrées;

Dans le cas où les pressions exercées par le massif de terre à retenir ne peuvent être équilibrées

par les forces de butée mobilisées dans la partie en fiche, si la hauteur hors fiche est importante. On a

souvent recours à un système d’ancrage en tête au moyen de tirants.

Figure (3.9) Coupe schématique d’un rideau de palplanches ancré par tirants actifs.

3.3 Les Différences forces agissant sur un ouvrage de soutènement

Considérons un ouvrage de soutènement simple, par exemple un mur en béton retenant un massif

de sol, figure (3.10), et examinons sommairement les types de sollicitations qui s'exercent sur ce mur.

En dehors des forces de pesanteur, représentées par le poids du mur, s'exercent sur les faces du

mur, en contact avec le sol, trois forces dont la connaissance est du ressort de la mécanique des sols :

- sur la face amont du mur, généralement verticale, le massif de sol retenu exerce des

efforts ayant tendance soit à renverser le mur, soit à le déplacer horizontalement. La

résultante générale de ces efforts est une force dont la composante principale est

horizontale. On l'appelle force de poussée (ou encore poussée) et on la note l’indice «

a » précisant qu'il s'agit d'une force active ;

Chapitre 3 Ouvrages de Soutènement

- sur la face aval du mur, dont la partie enterrée est souvent faible, le sol exerce les, efforts qui

ont tendance à retenir le mur. Leur résultante générale est une force dont la composante

principale est horizontale et opposée à la composante horizontale de. On appelle cette

résultante force de butée (ou encore butée) et on la note, l'indice « p » précisant qu'il s'agit

d'une force passive ; Sur la base du mur, le sol de fondation exerce des efforts dont la résultante

générale est une force inclinée par rapport à la verticale. Sa composante verticale, notée N, est

appelée force portante, tandis que la composante horizontale, notée T, est appelée force de

résistance au glissement, car elle s'oppose au glissement du mur sur sa base sous l'action de la

force de poussée.

Le calcul des efforts de poussée ou de butée dans les ouvrages de soutènement doit tenir compte

des paramètres et des facteurs suivants :

- le poids volumique du sol ;

- la résistance au cisaillement du sol ;

- le frottement entre le sol et l'ouvrage ;

- l'inclinaison de la surface du sol à l'amont et à l'aval de l'ouvrage λ,η ;

- les déformations et déplacements relatifs de l'ouvrage par rapport au sol ;

- la présence d'une nappe d'eau ;

- les surcharges à la surface du sol.

Même si l'étude de la stabilité externe des ouvrages de soutènement repose sur des méthodes de

calcul à la rupture, la poussée ou la butée calculée tient compte des déformations de service de

l'ouvrage.

Ainsi, lorsqu'il n'y a pas possibilité de déplacement d'un mur de soutènement, comme cela est le

cas pour les murs latéraux d'un pont cadre, la force de poussée doit être calculée avec le coefficient de

pression des terres au repos et non avec le coefficient de poussée.

Figure (3.10) Coupe schématique d’un rideau de palplanches ancré par tirants actifs.

Chapitre 3 Ouvrages de Soutènement

3.4 Mode de rupture des murs de soutènement et calcul de la stabilité

Cinq modes de rupture peuvent être rencontrés dans les ouvrages de soutènement (figure 3.10) :

- le glissement de l'ouvrage sur sa base (figure 3.10.a) ;

- le renversement de l'ouvrage (figure 3.10.b) ;

- le poinçonnement du sol de fondation (figure 3.10.c) ;

- le grand glissement englobant l'ouvrage (figure 3.10.d) ;

- la rupture des éléments structuraux de l'ouvrage (figure 3.10.e).

Les quatre premiers types de rupture sont relatifs à l'instabilité externe de l'ouvrage, la rupture

des éléments structuraux constituant l'instabilité interne.

Les parois de soutènement (rideaux de palplanches, parois moulées) ont une instabilité externe

limitée aux ruptures par renversement et par glissement. Par contre, on rencontre dans ce type

d'ouvrage une rupture par renard hydraulique lorsqu'existe une dénivellation de nappe de part et d'autre

de la paroi.

L'étude de la stabilité externe d'un ouvrage de soutènement fait appel à des concepts et à des

méthodes de calcul qui sont communs à l'ensemble des ouvrages. Par contre, l'étude de la stabilité

interne est assez spécifique à chaque type d'ouvrage.

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Figure (3.11) Mode de rupture des murs de soutènement et calcul de la stabilité