Exécution des fouilles

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  • 8/2/2019 Excution des fouilles

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    Les travaux d'executlon des fouilleset tranchees provisoires sont parfoisconslderes a tort comme des travauxde moindre importance, malgre Ie faitqu'Il s'agisse d'ouvrages extreme-ment courants pouvant etre a I'origi-ne de sinistres potentiellement tresgraves et/ou trss coOteux.

    V . Whenham, in, chef de projet, Labora-toire 'Geotechnique', CSTC

    1 INTRODUCTIONS'i1n' est pas rare, dans la pratique, d'observerla stabilite apparemment inexplicable de cer-tains ouvrages (voir figure 1), on assiste enoutre regulierement 11' effondrement tout aussiinattendu de certains d'entre eux (cf. figure 2).Les causes en sont multiples:la responsabilite des travaux relatifs aux ta-lus temporaires incombe habituellement 11I'entrepreneur, qui ne dispose bien souventque d'un nombre limite d'essais de penetra-tion (CPT) et qui ne peut, de ce fait, se ba-ser que sur son experience pour evaluer lesrisques

    , les lacunes actuelles dans la connaissanceet la comprehension de certains phenome-nes affectent la stabilite des pentes.

    Ce constat est 11I' origine d 'une recherchemenee par Ie CSTC et principalement orien-tee sur l'effet de la non-saturat ion du sol surla stabilite des pentes.Ce phenomene, bien souvent neglige dans lescalculs, joue unrole preponderant pour ce typed'ouvrages.Le present article introduit, dans un premiertemps, quelques principes fondamentaux re-latifs 11l'execution des fouilles, avant de pre-senter brievement les resultats obtenus dansIe cadre de la recherche actuellement meneeau sein du CSTC.

    2 PARAMETRES INFLUENCANT LASTABILITE DES FOUILLES

    L'etude et Ie dimensionnement des fouilles enterrain naturel soulevent de nombreuses incer-titudes. Les essais de reconnaissance trop ra-res et ponctuels, combines aux contraintes ceo-nomiques qui conduisent 11eduire 11un mini-mum les facteurs de securite, menent 11des si-tuations dans lesquelles Ie risque d'assister 11un effondrement est sensiblement cleve.Dans ce contexte, il est indispensable de gar-der 11I' esprit les parametres susceptibles

    Principes re lo tifs 0tl " I

    1 Pentes dont la stabilite est inexplicable sur la base des methodes decalcul et des parametres de sol generalement recommendes.

    d'influencerla stabilite d'une pente apparem-ment stable ou excavee dans un sol apparem-ment resistant. Ces parametres sont rappelesdans les lignes qui suivent, de meme que cer-tains principes fondamentaux relatifs 11a sta-bilite des fouilles.

    sais geotechniques : forages, CPT, ... ), demaniere 11prevoir et/ou 11detecter la presenced' eventuelles zones de faiblesse.Dans certains cas, itpeut aussi etre interessantd' analyser les parametres de stabilite de lafouille pendant toute sa duree de vie, enparti-culier en cas de risques de venues d' eau (pie-zometres, ... ) ou en cas de prise en compte dela non-saturation dans les calculs (tensiome-tres ou systemes de mesures analogues).

    2.1 RECONNAISSANCE DU SITE ET MONITORINGUne des difficultes majeures en matiere de di-mensionnement des fouilles est liee au fait quela stabilite d'une pente peut etre conditionneepar la presence, meme relat ivement locale,d'une zone de moindre resistance.

    2.2 INFLUENCE DU TYPE DE SOL

    Cette particularite doit sensibiliser Ie respon-sable du projet 11a necessite d'effectuer unereconnaissance suffisante du site (visite, his-torique des activites precedentes sur Ie site,consultation des cartes geologiques, hydrolo-giques et/ou geotechniques, . .. ) et du sol (es-

    Le type de sol est determinant pour la stabi-lite d'une fouille ou d'une excavation. Outreses caracteristiques de resistance specifiques,chaque sol presente des particularites quant 11la forme de rupture qu'Il est susceptible desubir et quant 11son comportement face 11desparametres externes tels que I'eau et le temps.

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    3 Rupture progressive due aufluage dans un sol argileux (indicede plasticite eleve).

    A cet egard, ily a lieu de distinguer les solscohesifs des sols 11011 cohesifs.Les sols cohesifs possedent, par definition, unecohesion elevee entre les particules de sol, cequi permet la realisation a court terme de pen-tes relativement raides. Cette cohesion peuttoutefois diminuer avec Ie temps et provoquerdes effondrements de fouilles plus ou moinslongtemps apres leur ouverture. Si I 'originede la cohesion est liee it la nature du sol (casdes argiles), on parlera d'une cohesion intrin-seque; celle-ci ne va diminuer que tres Iente-ment et risque, it long terme, de provoquer desruptures (voir figure 3).Si la cohesion du sol resulte de liens d'originechimique (cimentation, ... ) ou physique (com-pacite, capillarite, . .. ) entre les particules desol, on pariera de cohesion apparente. Cettederniere est susceptible de disparaitre beau-coup plus rapidement du fait de venues d'eauou d'une alteration du sol; ilest necessaire decomprendre son origine pour pouvoir sassu-rer de son maintien dans Ie sol et tenir comptede son influence dans les calculs, meme s'ils' agit de fouilles temporaires.D'une facon generale, les sols cohesifs peu-vent subir un phenomene de retrait lors d'even-tuels cycles de gel/degel ou humidite/seche-resse. Le retrait augmente toujours avecla frac-tion argileuse et est a l'origine de la formationde fissures superficielles. Outre le fait d'alte-rer Ie sol en surface qui, de ce fait, perd de saresistance, ces fissures favorisent I'infiltration

    Fig. 4 Erosion superficielle due a unealteration du sol en surface.

    d' eau dans Ie sol. Le sol sous-jacent non fis-sure etant moins permeable, Ie scenario habi-tuel consiste a voir s'accumuler de l'eau a l'In-terface entre la zone alteree et la zone intacte,ce qui va peu a peu mener a l'erosion des pen-tes (cf, figure 4), voire a des ruptures plus im-portantes (cf. figure 7).

    La resistance des sols ne presentant ni cohe-sion intrinseque ni cohesion apparente est de-terminee par leur frottement interne (interac-tion frictionnelle entre les particules) et par lapresence eventuclle d'eau entre les grains. Lapente limite est alors relativement faible (egalea l'angle de frottement interne du sol). En I'ab-sence de venues d'eau, ces sols sont tres sta-bles dans le temps et les risques d'Instabili tedes talus longtemps apres leur excavation sontfaibles, Les ruptures observees dans ce typede sol correspondent en regle generale a desglissements de terrain translationnels et rela-tivement superficiels (voir figure 5 ci-des-sous).Les observations susmentionnees sont valableslorsque Ie profil de sol est homogene, maisles risques de rupture les plus importants sur-viennent toutefois lorsque Ie sol n'est pas ho-mogenc. Une rupture peut alors arriver, parexemple, du fait de la presence d'une zone fai-ble non detectee ou d'une interface entre cou-ches de perrneabilite differente (couche per-meable surmontant une couche moins permea-ble). Seule une investigation preliminaire ade-quate permet de mieux evaluer les risques derupture.

    2.3 IN FLU EN CE D E L'EA U

    Lorsqu' elle est presente dans Iesol, I'eau a ge-neralement pour effet de reduire les forces decontact entre les particules solides, ce qui en-traine une diminution des contraintes effecti-yes a I'origine de la resistance au cisaillementdu sol, que celui-ci soit suture ou non.Lorsque I'eau est en mouvement, sajoute en-core a cet effet celui des forces de filtration,qui compromettent d'autant plus la stabilite

    5 Mode de rupture (superficielleet translationnelle) dans un sol peuconestt (sabJeux).

    6 Erosion des zones faibles dela pente.

    de I' ouvrage. Dans tous les cas, il est absolu-ment necessaire de pouvoir prevoir et/ou con-trolcr les eventuelles venues d'eau et d'antici-per leur influence sur la stabilite de la pente.Combines a des mesures piezometriques, lessystemes de drainage ou de rabattement per-mettent de controler les venues d'eau liees itune remontee de la nappe phreatique. Quantaux venues d' eau dues aux pluies, elles sontplus delicates a gerer, Ie recouvrement des ta-lus n'etant pas toujours suffisant et/ou possi-ble (voir ci-apres),Les risques de rupture lies aces pluies sontreels et peuvent etre apprehendes en conside-rant que les pluies sont a I'origine de deuxphenomenes susceptibles de nuire it la stabi-lite d'une pente : l 'erosion et I 'infiltration. Lephcnomene d' erosion correspond a un enle-vement de sol en surface, en particulier dansses zones les plus faibles (voir figure 6). Letalus nouvellement erode peut ainsi presenterune geometric moins stable men ant it une rup-ture progressive de la pente, notamment si lespieds du talus ont subi cette erosion.

    7 Rupture provoque par l'lntll-tration d'eau dans Ie talus et declen-cnee par une pJuie battante.

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    L'infiltration d'eau peut faire perdre au sol unepartie de sa cohesion capillaire apparente. Ellepeut egalement creer une accumulation d'eau(et ainsi une zone de faiblesse) a l 'Interfaceentre un sol de surface plus permeable (ge-neralement fissure et altere par les cyclespluies/secheresse et gel/degel) et un sol sous-jacent moins permeable.

    2.4 INFLUENCE DU TEMPSL'influence du temps sur la stabilite desfouilles est liee a differents phenomenes:e la decompression du sol ala suite dela rea-lisation d'une excavation. Cette decompres-sion permet I'ouverture des micro-fissuresgeneralement prescntes dans les sols argi-leux. Elle entraine egalement une diminu-tion de la pression interstitielle dans les solscohesifs, avec pour effet une augmentationde leur resistance au cisaillement a courtterme par augmentation de la cohesion ca-pillaire (situation non drainee), Avec Ietemps, les fissures peuvent se remplir d'eauet les pressions interstitielles revenir a unesituation d'equilibre, moins favorable pourla stabilite de la pente (situation drainee).Le temps de passage d'une situation nondraince (favorable) a une situation drainee(moins favorable) depend du type de sol (saperrneabilite et sa compressibilite) et desconditions de drainage (cf. modele hydro-dynamique de Terzaghii

    les cycles de gel/degel et/ou de pluie/seche-resse qui alterent peu a peu le sol en sur-face, notamment en accelerant sa fissurationet/ou son erosion. Des ruptures plus oumoins superficielles peuvent alms faire leurapparition, initiees par un phenomene de-clencheur externe (pluie battante, vibrationsgenerees par Ie passage d'un engin de chan-tier, . .. )

    Ie fluage, propre aux sols argileux (presen-tant un indice de plasticite cleve), qui cor-respond a des mouvements tres lents du soldans des conditions de chargement constant.Ces mouvements lents peuvent, along ter-me, mener a la ruine d'un talus par ruptureprogressive.

    2.5 FACTEURS EXTERNES : SURCHARGES,VIBRATIONS,

    Des facteurs externes sont susceptibles d'in-fluencer la stabilite des talus. Ceux-ci sontgeneralement lies aux activites de chantier etimpliquent Ie passage d'engins (surcharges,vibrations, ... ), d'eventuelles sur-excavationsou des modifications de la geometric de laparoi.Un elargisscment de la fouille, merne sansmodification de sa pente, peut par exemple larendre instable par perte des effets tridimen-sionnels stabilisants (effet de voute).

    2.6 TYPE DE RUPTURELe mode de rupture que va subir la fouilledepend de nombreux facteurs, tels que la pro-fondeur de la fouille, le type de sol rencontreet son hctcrogeneite, les agents externes (eau,surcharges, ... ), etc. Le type de rupture est im-portant a estimer du fait de l'impact qu'il vaavoir sur les risques de degats potentiellementoccasionnes par une rupture de la fouille (vo-lume de terres deplace, zone affectee par lesmouvements, ... ).

    3 RAPPEL DE QUELQUES REGLESDE BASECertaines regles de base relatives a l'execu-tion des fouilles sont rappelees dans les para-graphes suivants afin d'attirer I'attention surles aspects a considerer pour limiter les ris-ques d'accidents et/ou de degats sur chantier.

    3.1 PRESENCE D'INSTALLATIONS SOUTERRAINESUn premier point sur lequel il y a lieu de s'at-tarder estI' eventuelle presence de canalisationsou de conduites a proximite de la fouille. Enpratique, il n'est pas rare d' observer des diffe-rences entre la position reelle de l'installationsouterraine et sa position theorique (celle in-diquee sur les plans). L'execution prealabled'un sondage ainsi qu'une enquete rapide surplace permettent deviter des accidents. Unedescription pratique des prescriptions a suivrelors de la mise en ceuvre d'un terrassement oud'une fouille en presence d'installations sou-terraines est presentee dans le 'Guide pratiquedes defauts de construction' [2].

    3. 2 PRESENCE DE BATIMENTS A PROXIMITEDe nombreux degftts sont occasionnes par larealisation d' excavations insuffisamment blin-dees a proxirnite de bfltiments existants. Cesderniers subissent de ce fait des tassementspouvant entrainer leur fissuration, voire leurruine dans certains cas extremes. C'est pour-quoi il importe de respecter des regles debonne pratique, telles que Ie fait de ne pasexcaver a proximite de la fondation d'une ha-bitation voisine sans precaution particuliere oude blinder correctement l'excavation lorsquesa zone d'influence englobe un batiment exis-tant, par exemple. L'execution d' eventuels ra-battements pour I'excavation des fouilles souseau doit egalement etre menee avec les pre-cautions d'usage [2].

    3.3 PENTES ET BLINDAGESLors de l'cxecution d'une fouille ou d'uneexcavation, il est difficile de choisir un sys-teme de blindage ou une inclinaison de pente

    qui reponde ala fois aux exigences de secu-rite et de cout,Le present paragraphe porte sur la questionde I'inclinaison des pentes sans blindage etpresente quelques recommandations actuelle-ment en vigueur quant au choix des pentes mi-nimales a adopter pour une fouille ou une ex-cavation. Deux approches sont envisagees :e la premiere fait appel a des regles empiriquesbasees sur le type de sol, la profondeur delafouille et sa duree d' ouverture, pour deduiredirectement des inclinaisons admissibles

    la seconde approche implique un ca1cul destabilite des pentes. A cet effet, il est faitreference a I'annexe nationale beIge deI'Eurocode 7 portant sur le choix des para-metres de sola introduire dans les ca1culs.

    3.3.1 Methodes directesL'inclinaison des talus se definit par Ie rap-port de deux nombres alb ou a: b, 'a' etant laprojection horizontale de la paroi en talus et'b' la projection verticale de celle-ci ou sahauteur, Les tableaux I et 2 (p. 4) ne tiennentpas compte des situations dangereuses qui peu-vent amener l' entrepreneur a realiser une penteplus faible, a savoir : variation de l'humidite du solpresence d'eau, sous n'importe quelle forme

    e precipitations atmospheriquese gel ou degel differentes surcharges importantesvibrations, ..,Dans ces circonstances, ou pour des profon-deurs superieures a 4 m, In stabilite des talusconstitue un probleme purement geotechniquea resoudre par des specialistes et l'approcheindirecte, basee sur un calcul de stabilite,s'avere necessaire. En outre, les recomman-dations presentees sont basees sur I'hypothesed'un sol homogene et supposent qu'une recon-naissance suffisante du sol ait ete effectuee afinde s' assurer de la pertinence de cette hypo-these.

    3.3.2 Methodes indirectesII est parfois necessaire d'effectuer un ca1culdestabilite plus complet pour evaluer les risqueslies ala realisation d'une excavation ou d'unefouille. On se refere alors a I'annexe nationalebelge de I'Eurocode 7 pour determiner Ie typede sol et ses proprietes mecaniques sur la basede sondages CPT (cf tableau 3, p. 5).En ce qui concerne le choix de la methode deca1cul,ilconvient de s'assurer que celle-ci per-mette de prendre en compte le mode de rup-ture suppose Ie plus critique. Outre cette exi-gence, l 'influence du choix de la methode decalcul reste en regle generale Iimitee en rai-son des incertitudes qui planent sur les autres

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    Tableau 1Pentes minimales des talus selon les cerscterlstiques du sol [2}.

    Remarques:- les indications donnees sont valables pour des sols peu ou pas remantes, lorsque la touille ne traverse qu'un seul type de sol. En presence d'eau, de

    surcharges sur Ie bord de la fouil le ou de protondeurs de t ranchees superleures it 4 m, une etude spscl fique devra etre reallsee- lacohesion apparente dans Ie sable est prise en compte pour des pentes 4/4 ou plus raides (valable uniquement pour des talus provisoires)- pour les pentes les plus raides, une largeur minimale de fouil le doit etre respectee pour assurer la securlte des personnes qui y travail lent.

    Tableau 2 Pentes minimales des talus selon Ie type de sol et la profondeur defouille (Centre d'etude SSC).

    Remarques:- la cohesion apparente dans Ie sable est prise en compte pour des pentes 4/4 ou plus raides(valable uniquement pour des talus provisoires)- pour les pentes les plus raldes, une largeur minimale de fouille dolt etre respectes afin d'assurer lasecurlte des personnes qui y travail lent.

    parametres influencant les resultats, 11savoirprincipalement les caracteristiques geotechni-ques (sol, eau, ... ) et les conditions de char-gement occasionnees par les activites de chan-tier.

    3.4 RABATTEMENTS

    Le decret du 8 janvier 1965 relatif 11a secu-rite des chantiers interdit I'execution d'un ter-rassement en fouilles blindees sous la nappe

    phreatique dans des sols peu coherents, saufsi la nappe peut effectivement etre rabattue 11I'exterieur de la tranchee.Dans des sols moyennement coherents, lerabattement n'est realisable que si l'cntrai-nement des fines du sol peut etre efficacementempeche, tandis que, dans des sols tres cohe-rents, lorsque des venues d'eau font leur ap-parition au travers des fissures, un moyen depompage efficient doit etre installe en fond defouille. Toutefois, en cas de rabattement duniveau de l'eau souterraine, les consequencesen termes de tassement ou de risque de conta-mination doivent toujours etre examinees auprealable [2].

    3.5 MESURES DE PROTECTION

    Le present paragraphe enumere quelques me-sures de prevention toujours utiles sur chan-tier (sans toutefois envisager les mesures pro-pres 11certains aspects particuliers, tels que lapresence d'eau, de surcharges, de canalisa-tions, ...) :e la bonne reconnaissance du type de sol la protection du talus contre les agentsatmospheriques (par un film de plastique,par exemple)

    , la presence d'un systeme de drainage adaptepour recolter I'eau

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    Tableau 3 Proprtetes meceniques des sols (emprunte a I'annexe nationale de l'Eurocode 7).

    I'eloignement des surcharges par rapport aubord de fouille (engins,m a te ri au x, d eb la is , .. . ) limitation du temps d'ouverture de la fouillelimitation de la longueur et de la profondeurdes parties de fouiIIes non blindees pendantIe creusement.

    4 NON-SATURATION DU SOL:RESULTATS DE LA RECHERCHE

    Les facteurs influencant la stabilite d'unefouille sont multiples. La recherche actuelle-

    ment menee au CSTC s'Interesse plus parti-culierement a l'effet de la non-saturation dusol sur la stabilite des fouilles.

    4.1 PRINCIPE DE BASE ET DEFINITION DE LASUCCION

    Les differents etats sous lesquels peut se pre-senter I'eau dans le sol sont :e letat gravifique ou libre (l'eau circulelibrement dans les pores),l'etat capillaire

    8 Les differents etats de I'eau dans Ie sol.

    Eau

    Eau capillaire

    I'etat adsorbe ou lie (caracteristique desargiles).L'eau libre ou gravifique est predominantelorsque Ie sol est completement sature, c'est-a-dire lorsque l'espace entre les grains est rem-pJi uniquement d' eau. On parlera alors de pres-sions interstitielles (positives); celles-ci ontpour effet de diminuer les contraintes effecti-yes et, par consequent, la resistance au cisaille-ment du sol. En outre, dans Ie cas des talus, lapresence d'eau interstitielle peut donner nais-sance a des forces d'ecoulemcnt responsablesde pressions d' eau horizon tales non equili-brees.Dans les sols partiellement satures, dont l'es-pace entre les grains est rempli ala fois d'eauet dair, les surpressions interstitielles laissentplace a des tensions au niveau granulaire, ap-pelees sous-pressions interstit ielles ou sue-dons matricielles. Ces tensions proviennentdes forces d' adsorption au contact eau/solide(cas de l'eau adsorbee ou liee) et des forcescapillaires a I'interface eau/air (cas de l'eaucapillaire ).Au contraire des surpressions interstitielles,les sous-pressions ou succions exercent une

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    influence positive sur la resistance en cisail-lement du sol et, par consequent, sur la stabi-.l ite des talus. Cet effet est inversement pro-port ionnel ala teneur en eau dans le sol: plusle sol est sec, plus les tensions sont elevees etplus la resistance en cisaillement du sol aug-mente. En geotechnique, les caleuls tradition-nels ne considerent que le sol a I'e tat sec ou al'etat sature, De ce fait, seule la contributionde I'eau gravifique donnant lieu a des pres-sions interst itiel les positives (et des forcesd'ecoulement) est prise en compte. En realite,les pentes sont plus souvent realisees dans dessols partiellement sutures; elles beneficientainsi de I'accroissement de la resistance au ci-saillement du sol lie a la succion.

    4.2 PRISE EN COMPTE DE LA SUCCION DANSLES CALCULS

    De nombreuses approches sont proposees dansla l it terature afin de prendre en compte I' in-fluence de la succion sur le comportement dusol, sur sa resistance en cisaillement et finale-ment sur les caleuls de stabilite des pentes.L'approche privilegiee dans le cadre de la re-cherche menee au CSTC est celle elaboree parFredlund [3] et Vanapalli [9]. Cette approchepresente I'avantage d'etre fondee sur une des-cription physique des phenomenes et de ne ne -cessiter aucun outil de caleul specifique. Ellese base sur l'observation suivante : lorsque lateneur en eau du sol varie, I'etat de contraintedans le sol et sa resistance au cisaillement sontmodifies en meme temps que la distributiondes particules solides, de I'eau et de l'air. End' autres termes, la relation entre la teneur eneau et la resistance en cisail lement du sol de-pend de la tail le et de la distribution des grainssur lesquels les forces de tension (succion)peuvent s'exercer.II est en outre possible detablir un paralleleentre le comportement en cisaillement du solet la courbe de retention de c e m e me sol, cettederniere caracterisant le niveau de succion enfonction de la teneur en eau dans le sol. L'in-teret de cette mise en parallele reside dans lefai t que la courbe de retention est generale-ment mieux connue que le comportement encisai llement du sol . Des bases de donnees decourbes de retention existent deja a I'etrangeret I 'un des objectifs de la presente rechercheest de completer ces bases de donnees avecdes resultats obtenus pour des sols belges ca-racteristiques.Les figures 9 et 10 illustrent la relat ion entrela courbe de retention et la resistance au cisail-lement du sol. On observe une augmentationlineaire de la resistance au cisaillement avecla succion jusqu'a la valeur d' entree d'air , quicorrespond au point a partir duquel I'air pe-netre dans les pores interstitiels les plus grands.A ce niveau de succion, le sol est pratique-

    9 Courbe de retention.~ 10 0e n 80c.Q~ 60:Jto00 400>U'0>

    20Q , . . . . .0>0 00

    "', Zone de jesaturation

    Saturati()nresiduelleValeur d'entre d'air

    --_ ..

    10 0 15 0 20 00Succion matriciel le (kPa)

    10 Evolution de la resistance au cisaillement en fonction de la succionmatricielle [9].

    12 010 0' "J(L 80" ' . ' ">-Oc 60Q)J' l E.Y !. ( } )00= 40Q)';:U

    [Coo020

    /- -aleur d'entrae j~---r 1Progression non l inea ire de la resistance au isaillement~

    Resistance au cis i llement a l 'otat sature

    10 0 15 0 20 0o o 50

    Succion matriciel le (kPa)

    ment sature et iln'y a pas encore de diminu-tion du volume d'eau.Le taux de desaturation par rapport a la sue-cion matricielle augmente entre la valeur d'en-tree d'air et la succion correspondant a la te-neur en eau residuelle . Dans cette region ap-pelee 'zone de transition', I 'eau n'est plus con-tinue et la resistance au cisaillement progressede facon non lineaire,Plusieurs auteurs ont propose des relations afind'etablir un lien entre I'augmentation de laresistance au cisail lement du sol et la teneuren eau ou la succion. La plupart se basent surla forme generate de I 'equatlon (1), commu-nement attribuee a Fredlund, et presententleurs conclusions sous la forme d'une defini-tion pour I 'angle < p h . L'equation (1) s'appa-rente a I'equation plus repandue deMohr Cou-lomb (2) qui definit la resistance au cisaille-ment d'un sol, mais presente la particularitede differencier la contribution de la succionde celle des autres parametres de resistancedu sol (cohesion effective et frottement in-terne) :e equation de Fredlund:

    1: = c' + tg < p ' (o - ua) +lg < ph ( U a - uw) (1)avec:- 1: la resistance au cisaillement

    c' la cohesion effective du sol (sans priseen compte de la capillarite) [kPa]< p ' I'angle de frottement interne du sol [0 ](o - ua) la contrainte tota1e [kPa]tg < p h (ua - uw) la contribution de la sue-cion dans la resistance au cisaillement

    du sol, appelee 'cohesion capillaire' ou'cohesion matricielle'

    - < p h un parametre representant l'evolutionde la resistance au cisaillement en fonc-tion du niveau de succion (ou de la te-neur en eau) [0 ](u, - uw) la succion dans le sol [kPa]

    equation de Mohr Coulomb;1: = c' + tg < p ' (o - uw) (2)avec;

    c' la cohesion effective (avec prise encompte eventuelle de la capillarite) dusol [kPa]< p ' l'angle defrottement interne du sol [0 ](o - uw) la contrainte effective [kPa].

    En resume, ilest possible de conc1ure que ladetermination de la courbe de retention du sol,combinee a l'adoption de l'une des lois recem-ment proposees dans la litterature pour mettreI' augmentation de la resistance au cisaillementen relation avec Ie niveau de succion (ou lateneur en eau), permet d'etablir des relationsexprimant directement la contribution de lasuccion en termes de resistance au cisaille-ment.Cette approche a ete appliquee a I'etude dusol limoneux de la station experimentale duCSTC a Limelette. Diverses methodes d'eva-luation de la courbe de retention du sol (voirfigure 11, p. 7) ont d'abord ete testees et com-parees, Les courbes de la figure 12 (p. 7) ontensuite pu etre dessinees grace a I' applicationdes diverses lois proposees dans la litteratureet permettant de relier lacontribution de la re-

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    11 Courbe de retention obtenue de tecon experimentale pour Ie l imon prelevea Limelette (methode de Richards appliquee sur des echantillons non remenies),100.000

    10.000

    (iJ 1.000D . . .= = - 10 0c0'00 10::0(f)

    0, 1

    0,01

    .~\ Gam~e de dedres desaturation rnesurss a-, L ime le tt e (ent re 0 ,5 m at"" 4 m de profondeur, 2004)'-- .~- - - ,1---r-:-~ ~ ~~ r--t-.,' . v . . .

    ~~Gamme deMes rimental s ponctu lies valeursres exp rnesurees enI~- - Vale ~rs ext ra otees per iode 'sac he'---- Cou be dedu te des v leurs (avril Iioctobre) , _ _ _ . . . _ . . _exp rimental s (l imon ~e Limel tie) I . .I " "50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 10 0Deqre de saturat ion (%)

    12 Deduction de la cohesion matricielle Cmatrletelle = (u, - u).tg < p b pour Ielimon preleve a Limelette (*).30

    (iJ 25D . . .= = -. ! 1 2 20Qi'0.~ 15Ec 10'iii'

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    13 Moyenne (sur 3 ans : entre aoOt 2003 et mai 2006) des mesures mensuelles obtenues sur Ie site de Limelette.50 0,5 m de profondeur

    -5 ~ 1 m de profondeurC ? -10 II.. _ . _ 1,5 m de profondeur~ -15 , . _ "c 2 m de profondeur0'0 -20 i-0 2,5 m de profondeur::J -25 r-- f-. .f-.--_.(f) II - - 4 m de profondeur-30-35 3,5 m de profondeur

    -40C :> (f) '(Ii c .- ~ 0. t :> t.i'ill r o ~ '0 3 < : : Jt1l 2 ::J 0 0 'ill--, LL 2 -, --,

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    16 Mesures de succion (moyennes des points de mesure autour de lafouille experimentete).

    50

    -5-10

    C iS -15n, -206 -25c -30'0 -350:J -40(f)

    -45-50-55-60

    I I.l . ' t Y . ~ I I I' 1 " ' 1 1 " , / ' - , I t ! . f ' f'\ 'VI I - IV jWI t : I 1 1 I 11 " - 1 ' T \ 1 \ A Y 1 ~ ;- : 1 I~ 4~ I N1 '1 /\ ,\/ U'\ I t, " " ' I - " 1 l\ ~ 1 , , 1 \~I [\ ! V I \\ Md 1 \ " " ( ' ,filh lJl '+ - II-f't'l I li lt, I I ]v~h

    , I I I , . , , . , J \ . . . iiP/t' P ' ' ' + ' \ F 1 , - ,\ " 1 . j ' l l I " 0 " ' ' ' ' 1 1 . , , / ' j'j,L. . , ,~, , .L/ I'lVi., , 'I I 21/01/05 et 1_ Tenslometres - Moyenne - 1 m I 11/02}05- ~ Tenslornetres - Moyenne - 1,5 m 1 I 1 I (ruptures) ; 1 1 1I J I 1 1 1 I 1 1-I~ Tenslomstres - Moyenne - 2,5 m

    II I I W J I I I I I I I Ienslornetres - Moyenne - 3,5 m I I I- ~ . I I I ,I I I I I I 1. , . ., .

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    20 Comparaison des niveaux de succion moyens par mois sur une paroi non couverte.10

    0

    (ii' -10 "...6c -200'0o: : : J -30n

    -40

    -50io io to io io io io to co co so co0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0C\J C \J C \J C \J C\J C \J C \J C \J C\J C \J C \J C\Jtil c CJ Q . 0 :> t.i : > : > o:: : 2 ! '5 '5 0 0 '00 c '00 O J ~-, --, . 0 : : 00 0 z 0 ill LL : : 2 !n --,

    21 Comparaison des niveaux de succion moyens par mois sur une paroi couverte.10

    0(ii' -10...6c0 -200o: : : Je n -30 .j...L-

    -40

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    io io io io io io co so0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0C\J C \J C \J C \J C \J C\J C\J C\J- . . . . , 'd :> t.i :> :>J'5 0 o, 0 'ill C 'ill--, . 0 : : ill 0 Z 0 ill LLe n --,

    'TI

    elle, mener a une rupture plus ou moins bru-tale du talus a la suite d'un evenement declen-cheur (pluie battante, par exemple), Une me-thode repandue pour se premunir des effets dela pluie consiste a couvrir le talus d'un filmplastique (impermeable). Celui-ci permetd' eviter l' erosion dela pente en surface et I'in-filtration massive d' eau dans le talus. Toutefois,il empeche aussi I 'evaporation de I'eau et ris-que de provoquer unecondensation en surface,L'influence globale de cette methode dependde la periode del'annee (peri ode seche succe-dant a une periode de fortes pluies durant la-quelle l'eau s'est infiltree dans la couche laplus superficielle du sol), du type de sol (plusefficace pour des sols granulaires sujets a l'ero-sion et tres sensibles aux variations d'eau), deI'Impermeabilite du film plastique et des ecou-lements d'eau.Pour tester la capacite d'une couverture plas-tique a maintenir un niveau de succion elevedans Ie sol et, finalement, 1 1 diminuer les ris-

    ques de rupture, la fouille experimentale si-tuee a Limelette a ete elargie enjuin 2005 afind'obtenir de nouvelles parois intactes (fi-gure 22). Une couverture plastique a ete pla-cee sur la paroi la plus exposee aux pluies (fi-gure 23, p. 11), tandis que l'autre paroi estrestee sans protection. L'evolution des niveauxde succion a ainsi pu etre comparee des deuxcotes de la fouille, de meme que la stabilitedes deux parois. Les figures 20 et 21 schema-tisent les niveaux moyens de succion mesures'cote couvert' et 'cote non couvert' durant laperiode allant dejuin 2005 a mai 2006. La fi-gure 25 (p. 11) montre l'etat des deux paroisapres une annee dexperience.

    co soo 0o 0C\J C \J~ ~

    0,5 m de profondeur1,5 m de profondeur

    __ 2,5 m de profondeur__ 3,5 m de profondeur

    0,5 m de profondeur1,5 m de profondeur

    __ 2,5 m de profondeur__ 3,5 m de profondeur

    Cette experience a permis de faire un certainnombre d' observations concernant I'influencede la couverture plastique sur les niveaux desuccion et la stabilite des parois : la couverture exerce une influence plutotnegative sur la partie superieure de la fouille,surtout en periode seche, puisqu'elle em-peche I'evaporation de l' eau et occasionne

    une condensation sous la bache. Toutefois,ce phenomene n' entraine pas de degradationdu sol et ne semble pas influencer la stabi-lite de la paroila presence de la bache reduit :

    les infiltrations d'eau de maniere signi-ficative (cette influence se fait ressentir

    22 Vue d'ensemble de la fouilleexperimentale apres elargissement(juin 2005).

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    23 Mise en place de lacouverture plastique (juin 2005).

    11plus long terme sur les niveaux de sue-cion en profondeur)les risques de declenchcment des ruptu-res 11la suite d'une forte pluie

    - les degats lies 11I' e rosion des parois, dememe que les phenomenes de rupture lo-cale.

    En conclusion, I'effet positif de la couvertureplastique est lie au fait que celle-ci empecheI' erosion des parois, mais aussi leur degrada-tion progressive occasionnee par des cycles depluie /secheresse, ainsi que les r isques d 'inf il-trations d'eau en cas de pluie battante.Toutefois, pour etre efficace contre lesinfiltrations d' eau, la couverture d 'une pentedoi t repondre a certaines regles de base, asavoir:son efficacite etant en partie liee au faitqu'elle empeche la degradation du sol ensurface, la couverture plastique doit etreplacee dans un laps de temps suffisammentrapide apres l'excavation de la fouiIIe (eten tout cas avant que la paroi ne soit dejadegradee par des cycles de plu ie /dessicca-tion)I'effet de la couverture etant egalementdernpecher d'importantes inf iltra tionsd' eau dans le sol (qui pourraient agir comme

    24 Ruptures superficielles de laparoi non protegee (avril 2006).

    facteur declcnchant des ruptures), la cou-verture doit s' etendre sur une certaine dis-tance derr ie re la paroi (au minimum 2 a 3 m,selon le type de sol et la profondeur de lafouille)iIest evident que la couverture doit aussietre impermeable, un defaut d'impermea-bil ite risquant d' entrainer une accumulationd'eau localement dans la pente et doneI'apparition d'une zone de faiblesse suscep-tible d'cntratner une rupture de pente.

    5 CONCLUSION

    Directement liee 11la teneur en eau des solspartiellement satures, la succion constitue unparametre essentiel pour I' evaluation de la sta-bilite des fouiIIes temporaires realisees au-dessus de la nappe phreatique (ou apres rabat-tement de la nappe). II est important de com-

    Etat de la parol protegeeapres un an d'essai et apres retraitde la bache (fuin 2006).

    prendre ce parametre pour en prevoir et enmaitriser les effets. L' experience de la fouiIIeexecutee a Limelette a preuve (si besoin enetait) I'influence determinante de la succionet des prec ipitations sur la stabilite des fouilles.Les nombreuses ruptures de fouiIle qui sur-viennent apres I'hiver temoignent du mernephenomene de perte de succion qui, combinea un facteur declenchant (pluie battante, ... ),mene a des ruptures de talus.La recherche actuellement menee par Ie CSTCa pour objectif de developper des outils per-mettant de prendre en compte la succion dansles caIculs de stabilite des pentes par Ie biaisde: I'extension des bases de donnees existanten matiere de courbes de re tention a des solsbelges caracteristiquesl'etablissement de courbes re lian t I' augmen-tation de la resistance au cisaiIlement 11lasucci on

    la promotion de systemes de mesure de lasuccion efficaces et simples d'util isat ion

    I'etablissement d' une base de donneesreprenant des niveaux typiques de succiondans divers types de sols, a differentesprofondeurs et a plusieurs periodes del'unnee .

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