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DatePar EGC
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Dossier Technique : Mur de Soutènement RN85

Outil

DOSSIER TECHNIQUE N° GT-2024-RN85

Étude de Stabilité d’un Mur de Soutènement

Mission de Dimensionnement Géotechnique (Stabilité Externe)
1. Contexte de la MissionPHASE : APD (Avant-Projet Détaillé)
📝 Situation du Projet et Enjeux Critiques

Vous avez été désigné Ingénieur Géotechnicien Principal au sein du bureau d'études techniques "Geosol Expert", actuellement mandaté en urgence par la Direction Départementale des Territoires (DDT). L'objet de votre intervention concerne une section critique de la route nationale RN85, une artère vitale pour la région, qui serpente à flanc de colline. Depuis plusieurs mois, suite à des épisodes pluvieux intenses, des fissurations longitudinales inquiétantes (ouverture > 2 cm) ont été observées sur le bord aval de la chaussée, au point kilométrique PK 42+500. Ces désordres témoignent d'une instabilité active du talus naturel qui supporte la route, menaçant à court terme la sécurité des usagers et l'intégrité de l'infrastructure.

Pour parer à ce risque de glissement de terrain majeur, la maîtrise d'ouvrage a validé la construction d'un mur de soutènement de type "Poids" en béton armé. Cet ouvrage massif aura pour double fonction de stopper l'érosion régressive et de reprendre la poussée des terres du remblai routier sur une hauteur de 4,00 mètres. Le dimensionnement de cet ouvrage est critique : une sous-estimation des efforts pourrait conduire à un renversement brutal du mur sur les habitations en contrebas, tandis qu'un surdimensionnement inutile grèverait le budget public déjà contraint.

🎯
Votre Mission d'Expertise :

Votre responsabilité est d'établir la note de calcul justificative de la stabilité externe de l'ouvrage. Vous devez impérativement vérifier les trois mécanismes de ruine possibles selon les Eurocodes : le glissement sur la base (Sliding), le renversement (Overturning) et le poinçonnement du sol d'assise (Bearing capacity). Votre analyse déterminera si la géométrie pré-dimensionnée par l'architecte est viable ou si elle doit être revue.

⛰️ VUE EN COUPE DU SITE & ENJEUX
SUBSTRATUM ROCHEUX (Incompressible) RN 85 PK 42+500 FISSURES ACTIVES Surface de glissement potentielle IMPLANTATION MUR H = 4.00m Hauteur critique 0 5m 10m
📌
Mise en Garde du Responsable Technique :

"Attention, pour cette étude APD, nous considérons une hypothèse hydraulique favorable : un sol parfaitement drainé. L'accumulation d'eau à l'arrière du mur est la cause majeure des sinistres par surpression hydrostatique. Pour cet exercice, nous supposons que le complexe drainant (géotextile + barbacanes Ø100mm tous les 2m²) est parfaitement fonctionnel et évacue toute eau d'infiltration. Ne prenez donc pas en compte de poussée hydraulique (\(u=0\))."

2. Données Techniques de Référence

Cette section rassemble l'intégralité des paramètres d'entrée nécessaires à votre étude. Ces valeurs sont issues de la campagne de reconnaissance géotechnique G2 (sondages pressiométriques et essais en laboratoire) réalisée le mois dernier, ainsi que des spécifications structurelles du CCTP.

📚 Référentiel Normatif Applicable

L'étude doit être menée en conformité stricte avec les standards européens et nationaux suivants :

Eurocode 7 (EN 1997-1) : Calcul Géotechnique NF P 94-281 : Norme d'application nationale (Murs de soutènement)
VUE TECHNIQUE : GÉOMÉTRIE & CHARGES
H b B Sol (Remblai) γ_s φ' c' = 0 Béton γ_b σ_h (Poussée)
🧱 Caractéristiques Structurelles (Béton)

Le mur sera coulé en place. La géométrie trapézoïdale a été choisie pour optimiser le volume de béton tout en abaissant le centre de gravité. Le matériau retenu est un béton de classe C25/30 standard.

Type d'ouvrageMur Poids (Gravity Wall)
ProfilTrapèze rectangle (fruit aval)
Hauteur de retenue\( H = 4,00 \) m
Largeur semelle (Base)\( B = 2,00 \) m
Largeur couronnement (Tête)\( b = 1,00 \) m
Poids volumique Béton\( \gamma_{\text{b}} = 25 \) kN/m³
🌍 Caractéristiques Géotechniques (Sol)

Le remblai arrière sera constitué de matériaux d'apport granulaires (Graves Non Traitées - GNT) compactés par couches. Les essais de cisaillement à la boîte (NF P94-071-1) ont donné les caractéristiques intrinsèques suivantes :

Nature du solSable Graveleux (Pulvérulent)
Cohésion effective\( c' = 0 \) kPa (Négligée)
Angle de frottement interne\( \phi' = 30^\circ \)
Poids volumique humide\( \gamma_{\text{s}} = 18 \) kN/m³
Inclinaison talus\( \beta = 0^\circ \) (Horizontal)
Interface Sol/MurRugueuse (\( \delta = \phi' \))

E. Protocole de Résolution

Pour garantir la pérennité de l'ouvrage, nous suivrons une démarche de vérification aux États Limites de Service (ELS) rigoureuse, étape par étape.

1

Bilan des Actions Mécaniques

Calcul détaillé des forces en présence : le coefficient de poussée active \(K_{\text{a}}\), la résultante de poussée des terres \(F_{\text{a}}\) et le poids propre stabilisateur du mur \(W\).

2

Vérification au Glissement (SLIDING)

Détermination de la capacité résistante par frottement à la base et comparaison avec les forces motrices horizontales (Coefficient de sécurité).

3

Vérification au Renversement (OVERTURNING)

Calcul des moments stabilisateurs (poids) et déstabilisateurs (poussée) par rapport à l'arête aval du patin pour assurer l'équilibre statique.

4

Vérification de la Portance (BEARING)

Contrôle de l'excentricité de la résultante (Règle du Tiers Central) pour s'assurer que le sol de fondation ne subit pas de contraintes excessives.

CORRECTION

Étude de Stabilité d’un Mur de Soutènement

1
Inventaire Exhaustif des Sollicitations (Bilan des Forces)
🎯 Objectif de l'étape

Cette première étape est la fondation absolue de toute l'étude de stabilité. L'objectif est de quantifier avec précision l'ensemble des vecteurs forces qui s'exercent sur le système "Mur". Il ne s'agit pas seulement de calculer des valeurs, mais de comprendre leur nature physique. Nous devons isoler le corps solide (le mur) et recenser toutes les interactions mécaniques extérieures : d'une part les actions qui tendent à déstabiliser l'ouvrage (poussée des terres) et d'autre part celles qui contribuent à sa stabilité (poids propre). Une erreur à ce stade se répercutera fatalement sur tous les calculs de sécurité ultérieurs (glissement, renversement, portance).

📚 Référentiel Scientifique

Nous nous appuyons sur les principes fondamentaux de la mécanique des sols et de la statique :

  • Théorie de Rankine (1857) : État limite d'équilibre plastique (poussée active).
  • Principe Fondamental de la Statique (PFS) : Bilan des actions mécaniques.
  • Eurocode 7 : Définition des actions permanentes (G) et variables (Q).
🧠 Réflexion de l'Ingénieur Expert

Avant de lancer le moindre calcul, visualisons le phénomène. Le sol derrière le mur est un milieu granulaire (sable graveleux) qui, sous l'effet de la gravité, cherche naturellement à s'étaler. Le mur l'en empêche. En réponse, le mur subit une légère déformation vers l'aval (quelques millimètres suffisent). Ce micro-déplacement permet au sol de se "détendre" horizontalement, mobilisant ainsi sa résistance au cisaillement interne (son frottement \(\phi'\)). On dit que le sol passe en état "actif" ou état de "poussée".

Pourquoi choisir la théorie de Rankine plutôt que Coulomb ? Pour un mur poids avec un parement amont vertical et une surface libre horizontale, les hypothèses de Rankine (glissement le long de plans plans, négligence du frottement mur-sol pour le calcul de la poussée) sont non seulement valides mais elles placent l'ingénieur du côté de la sécurité. Nous allons donc modéliser le mur comme un corps rigide soumis à son poids volumique et à une pression latérale triangulaire (hydrostatique équivalente).

Fa H/3 W

Fig 1. Bilan des forces : Poids propre (W) et Poussée (Fa)

📘 Rappel Théorique : L'État de Poussée Active

La contrainte horizontale effective \(\sigma'_h\) exercée par un sol pulvérulent sur un écran vertical est directement proportionnelle à la contrainte verticale effective \(\sigma'_v\) à la même profondeur \(z\). Le facteur de proportionnalité est le coefficient de pression des terres au repos \(K_0\) si le mur est immobile, ou le coefficient de poussée active \(K_{\text{a}}\) si le mur cède légèrement. Comme \(\sigma'_v = \gamma \cdot z\) (loi hydrostatique), la distribution de pression latérale est triangulaire, augmentant linéairement avec la profondeur.

\[ \sigma'_v = \gamma \cdot z \]
📐 Formule Clé : Coefficient de Poussée de Rankine

Pour un sol purement frottant (\(c'=0\)) avec une surface horizontale (\(\beta=0\)) et un mur à parement vertical :

\[ K_{\text{a}} = \tan^2\left(45^\circ - \frac{\phi'}{2}\right) = \frac{1 - \sin(\phi')}{1 + \sin(\phi')} \]

Ce coefficient (toujours < 1) traduit la réduction de contrainte due au frottement interne du sol.

📐 Formule Clé : Résultante de Poussée

La force totale est l'intégrale du diagramme de pression triangulaire sur la hauteur \(H\) :

\[ F_{\text{a}} = \frac{1}{2} \cdot K_{\text{a}} \cdot \gamma_{\text{s}} \cdot H^2 \]

Attention : La force s'exprime en kN par mètre linéaire de mur (kN/ml).

📋 Données d'Entrée Consolidées
ParamètreSymboleValeur
Hauteur de retenue\( H \)4,00 m
Angle de frottement interne\( \phi' \)30°
Poids volumique du sol\( \gamma_{\text{s}} \)18 kN/m³
Largeur en tête du mur\( b \)1,00 m
Largeur en base du mur\( B \)2,00 m
Poids volumique du béton\( \gamma_{\text{b}} \)25 kN/m³
💡 Astuce de Calcul

Pour calculer le poids d'un mur à géométrie complexe (ici trapézoïdale), la méthode la plus fiable pour éviter les erreurs de bras de levier est la décomposition géométrique. Divisez virtuellement le mur en formes élémentaires simples : ici, un rectangle (partie amont de largeur \(b\)) et un triangle rectangle (partie aval de base \(B-b\)). Calculez le poids de chaque élément séparément, cela facilitera grandement le calcul des moments dans la Question 3.

📝 Calculs Détaillés (Pas à Pas)
1. Détermination du coefficient de poussée active \( K_{\text{a}} \) :

Nous commençons par calculer ce coefficient adimensionnel qui dépend uniquement de la géologie (l'angle de frottement). Il nous indique quelle fraction de la contrainte verticale est convertie en poussée horizontale. D'après la théorie de Rankine pour un sol au repos passant à l'état limite actif (rupture par extension), le cercle de Mohr tangent à la courbe intrinsèque donne la relation trigonométrique suivante :

\[ \begin{aligned} K_{\text{a}} &= \tan^2\left(45^\circ - \frac{30^\circ}{2}\right) \\ &= \tan^2(30^\circ) \\ &= \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)^2 \\ &= 0,333 \end{aligned} \]

Interprétation : Avec un angle de frottement moyen de 30°, le sol ne transmet horizontalement qu'un tiers (33%) de la pression verticale qu'il subit. C'est une valeur standard pour des sables.

2. Calcul de la Résultante de Poussée \( F_{\text{a}} \) (Action Déstabilisatrice) :

Nous calculons maintenant la force totale horizontale qui va pousser le mur. La contrainte horizontale augmente linéairement avec la profondeur :

\[ \sigma_h(z) = K_{\text{a}} \cdot \gamma \cdot z \]

La force résultante est l'intégrale de cette contrainte sur la hauteur, ce qui revient à calculer l'aire du diagramme de pression triangulaire (Base x Hauteur / 2).

\[ \begin{aligned} \sigma_{h,\text{max}} &= K_{\text{a}} \cdot \gamma_{\text{s}} \cdot H \\ &= 0,333 \times 18 \times 4 \\ &= 24,0 \, \text{kPa} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} F_{\text{a}} &= \frac{1}{2} \cdot \sigma_{h,\text{max}} \cdot H \\ &= \frac{1}{2} \cdot 24,0 \cdot 4,00 \\ &= 48,0 \, \text{kN/ml} \end{aligned} \]

Interprétation : Chaque mètre linéaire de mur doit résister à une poussée latérale de 4,8 tonnes (48 kN). C'est la force "ennemie" principale.

3. Calcul du Poids Propre du Mur \( W \) (Action Stabilisatrice) :

Nous calculons la force verticale qui plaque le mur au sol. Le poids est la force de gravité s'exerçant sur la masse.

\[ P = m \cdot g = (\rho \cdot V) \cdot g = V \cdot \gamma \]

On raisonne sur une tranche de 1m d'épaisseur. Nous décomposons le trapèze en un rectangle \(W_1\) et un triangle \(W_2\).

\[ \begin{aligned} W_{\text{rect}} &= b \cdot H \cdot \gamma_{\text{b}} \\ &= 1,00 \times 4,00 \times 25 \\ &= 100,0 \, \text{kN/ml} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} W_{\text{tri}} &= \frac{1}{2} \cdot (B - b) \cdot H \cdot \gamma_{\text{b}} \\ &= 0,5 \times (2,00 - 1,00) \times 4,00 \times 25 \\ &= 0,5 \times 1,00 \times 4,00 \times 25 \\ &= 50,0 \, \text{kN/ml} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} W_{\text{total}} &= W_{\text{rect}} + W_{\text{tri}} \\ &= 100 + 50 \\ &= 150,0 \, \text{kN/ml} \end{aligned} \]

Interprétation : Le mur pèse 15 tonnes par mètre linéaire (150 kN). C'est cette masse considérable qui va générer le frottement nécessaire à la stabilité.

✅ Interprétation Globale de l'Étape 1

Nous avons établi le bilan des forces statiques. Le système est soumis à un "duel" de forces : 48 kN/ml tentent de le pousser horizontalement, tandis que 150 kN/ml le maintiennent verticalement. Le rapport favorable entre le poids (stabilisateur) et la poussée (déstabilisatrice) est déjà un bon indicateur intuitif, mais seuls les calculs de sécurité normalisés (glissement, renversement) permettront de conclure formellement.

BILAN INTERMÉDIAIRE
\[ \textbf{Forces en présence : } F_{\text{a}} = 48 \text{ kN/ml} \quad ; \quad W = 150 \text{ kN/ml} \]
⚖️ Analyse de Cohérence

Les ordres de grandeur sont cohérents. Pour un mur de 4m, une poussée autour de 50 kN/ml est classique. Le poids volumique du béton (25) est supérieur à celui du sol (18), ce qui est logique. Le coefficient \(K_{\text{a}}\) de 0.33 est standard pour un angle de 30°.

⚠️ Points de Vigilance

L'erreur la plus fréquente dans cette étape est l'oubli du carré sur la hauteur \(H\) dans la formule de la poussée (\(H^2\)). Cela fausse totalement le résultat. De plus, assurez-vous de toujours travailler en unités cohérentes (mètres et kN) pour obtenir des kN/ml.

2
Vérification de la Sécurité au Glissement (Sliding Check)
🎯 Objectif de l'étape

L'objectif est de vérifier que la force de poussée horizontale \(F_{\text{a}}\) (calculée précédemment) n'est pas suffisante pour faire glisser l'ensemble du mur rigide sur sa base, comme un patin sur la glace. Nous devons nous assurer que le mur reste "ancré" au sol par frottement. C'est souvent le mode de ruine dimensionnant pour les murs de faible hauteur.

📚 Référentiel Scientifique
  • Loi de Coulomb (Frottement) :
  • \[ T_{\text{max}} = N \cdot \tan(\delta) + c \cdot B \]
  • Eurocode 7 - GEO : Vérification de l'état limite ultime (ELU) de glissement.
🧠 Réflexion de l'Ingénieur Expert

Le mécanisme physique est une compétition entre deux forces. D'un côté, la force motrice (Poussée \(F_{\text{a}}\)) qui veut pousser le mur vers l'aval. De l'autre, la force résistante (Frottement à la base \(R_{\text{h}}\)) qui s'oppose au mouvement. La force résistante n'est pas fixe : elle dépend directement du poids du mur. Plus le mur est lourd, plus il "appuie" sur le sol, et plus il est difficile de le faire glisser (loi de frottement de Coulomb).
Pour le calcul de la résistance, nous devons définir l'angle de frottement à l'interface béton/sol (\(\delta\)). Comme le béton est coulé directement sur le sol de fouille, la rugosité est maximale : nous prendrons \(\delta = \phi'\). Par sécurité, nous négligerons toute butée (résistance du sol devant le mur), car ce sol pourrait être excavé lors de travaux futurs (tranchées réseaux, etc.).

Fa (Moteur) Rh (Frottement) Interface rugueuse (δ)

Fig 2. Compétition des forces au niveau de la semelle

📘 Rappel Théorique : Critère de Sécurité

La sécurité est définie par un coefficient de sécurité \(F_{\text{S}}\), qui est le ratio entre les forces qui nous aident (résistantes) et celles qui nous nuisent (motrices). Pour les ouvrages de soutènement provisoires ou définitifs, on exige généralement que la capacité résistante soit au moins 50% supérieure à la force appliquée.

📐 Formule Clé : Coefficient de Sécurité au Glissement

Le rapport des forces horizontales :

\[ F_{S,\text{gliss}} = \frac{\Sigma F_{\text{résistantes}}}{\Sigma F_{\text{motrices}}} = \frac{W_{\text{total}} \cdot \tan(\delta)}{F_{\text{a}}} \ge 1,50 \]

Avec \(\delta = \phi'\) (interface rugueuse) et cohésion \(c'=0\).

📋 Données d'Entrée
ParamètreValeur
Poids Total \(W_{\text{total}}\)150,0 kN/ml
Poussée Horizontale \(F_{\text{a}}\)48,0 kN/ml
Angle de frottement interface \(\delta\)30° (=\(\phi'\))
Critère de sécurité min.1,50
💡 Astuce

Si le coefficient de sécurité est insuffisant (< 1,5), la solution la plus efficace n'est pas forcément d'élargir tout le mur, mais de créer une "bêche" (un ergot) sous la semelle pour mobiliser de la butée, ou d'incliner la semelle vers l'amont pour augmenter la composante normale.

📝 Calculs Détaillés (Pas à Pas)
1. Calcul de la Capacité Résistante Maximale \( R_{h,\text{max}} \) :

Nous calculons la force de frottement maximale mobilisable à la base du mur. C'est la limite physique avant que le mur ne commence à glisser. La résistance au glissement suit la loi de Coulomb pour un sol frottant (\(c=0\)). La contrainte tangentielle limite est:

\[ \tau = \sigma_n \tan \delta \]

En intégrant sur la surface de la base \(B \times 1\text{m}\), la force normale \(N\) est égale au poids du mur \(W_{\text{total}}\).

\[ \begin{aligned} R_{h,\text{max}} &= N \cdot \tan(\delta) \\ &= W_{\text{total}} \cdot \tan(\phi') \\ &= 150,0 \times \tan(30^\circ) \\ &= 150,0 \times 0,577 \\ &= 86,55 \, \text{kN/ml} \end{aligned} \]

Interprétation : Le frottement sol-béton peut retenir jusqu'à 86,55 kN de poussée horizontale.

2. Calcul du Coefficient de Sécurité \( F_{S,\text{gliss}} \) :

Nous comparons maintenant cette capacité résistante (86,55 kN) à la force réelle appliquée par le sol (48,0 kN). C'est un simple ratio.

\[ \begin{aligned} F_{S,\text{gliss}} &= \frac{R_{h,\text{max}}}{F_{\text{a}}} \\ &= \frac{86,55}{48,0} \\ &= 1,803 \end{aligned} \]

Interprétation : Le coefficient est de 1,80. Cela signifie que la force résistante est 1,8 fois plus grande que la force motrice.

✅ Interprétation Globale de l'Étape 2

Le critère de stabilité au glissement est vérifié. Avec un coefficient de 1,80, nous sommes confortablement au-dessus de la limite réglementaire de 1,50. Le mur ne glissera pas sous l'effet de la poussée des terres calculée. Nous disposons d'une marge de sécurité de 80%, ce qui est satisfaisant pour couvrir les incertitudes sur les paramètres du sol.

\[ \textbf{Décision : } 1,80 > 1,50 \Rightarrow \textbf{STABILITÉ AU GLISSEMENT OK ✅} \]
⚖️ Analyse de Cohérence

Une valeur de \(F_{\text{S}}\) comprise entre 1,5 et 2,0 est idéale pour un dimensionnement économique. Si nous avions trouvé 4,0, le mur serait trop lourd (trop cher). Si nous avions trouvé 1,4, il aurait fallu revoir la géométrie.

⚠️ Points de Vigilance

Attention à l'angle de frottement d'interface \(\delta\). Si le mur était préfabriqué et posé sur une membrane d'étanchéité lisse, \(\delta\) chuterait drastiquement (parfois 15° ou 20°), ce qui pourrait diviser la résistance par deux et rendre le mur instable ! Ici, l'hypothèse "coulé en place" est cruciale.

3
Vérification de la Sécurité au Renversement (Overturning Check)
🎯 Objectif de l'étape

Nous devons vérifier que le couple de renversement généré par la poussée des terres ne fera pas basculer le mur vers l'avant. Le point critique de rotation est l'arête avant de la semelle (le point le plus en aval, appelé le patin). C'est un calcul d'équilibre statique de rotation.

📚 Référentiel Scientifique
  • Théorème des Moments : La somme des moments autour d'un pivot.
  • Eurocode 7 - EQU : Vérification de l'équilibre statique (perte d'équilibre).
🧠 Réflexion de l'Ingénieur Expert

Imaginez le mur comme un levier ou une porte qui pivote. La charnière est située au point "O" (le coin bas-gauche sur notre coupe). La poussée des terres appuie en hauteur (bras de levier) pour faire tourner le mur vers l'extérieur (moment déstabilisateur). Le poids du mur, lui, tire vers le bas pour le maintenir en place (moment stabilisateur).
La géométrie joue ici un rôle crucial : plus le mur est large à la base, plus le bras de levier du poids est grand, et plus le mur est stable. C'est pour cela que les murs de soutènement ont souvent une base large.

O (Pivot) M_dst M_stb Bras de levier (Poids)

Fig 3. Équilibre des moments autour de l'arête aval (O)

📘 Rappel Théorique : Les Moments

Le moment d'une force par rapport à un point est le produit de l'intensité de la force par la distance perpendiculaire (bras de levier) entre la ligne d'action de la force et le point.

\[ M = F \times d \]

Ici, le point de rotation est l'arête aval (\(x=0, z=0\)).

📐 Formule Clé : Coefficient de Sécurité au Renversement

Le rapport des moments :

\[ F_{S,\text{renv}} = \frac{\Sigma M_{\text{stabilisateurs}}}{\Sigma M_{\text{déstabilisateurs}}} \ge 1,50 \]

Le point de rotation est l'arête aval du patin.

📋 Données d'Entrée pour les Moments

Origine des bras de levier : Arête aval (\(x=0\)).

ForceValeurBras de Levier (Théorique)
Poussée \(F_{\text{a}}\)48,0 kN\( d_{F_{\text{a}}} = H/3 \) (Distribution triangulaire)
Poids Rectangle \(W_{\text{rect}}\)100,0 kN\( d_{\text{rect}} = (B-b) + b/2 \)
Poids Triangle \(W_{\text{tri}}\)50,0 kN\( d_{\text{tri}} = \frac{2}{3}(B-b) \)
💡 Astuce de Géométrie

Pour le triangle aval (qui a sa pointe à gauche en \(x=0\) et sa base à droite), le centre de gravité est situé au tiers de la base depuis le côté vertical (le côté épais). Donc depuis la pointe (notre pivot), la distance est de \(2/3\) de la largeur du triangle.

📝 Calculs Détaillés (Pas à Pas)
1. Calcul du Moment Déstabilisateur \( M_{\text{dst}} \) :

C'est le moment créé par la poussée qui tente de faire basculer le mur. La force s'applique au centre de poussée. Pour une distribution triangulaire hydrostatique, ce centre est situé au tiers inférieur de la hauteur.

\[ \begin{aligned} d_{F_{\text{a}}} &= \frac{H}{3} \\ &= \frac{4,00}{3} \\ &= 1,333 \, \text{m} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} M_{\text{dst}} &= F_{\text{a}} \times d_{F_{\text{a}}} \\ &= 48,0 \times 1,333 \\ &= 64,0 \, \text{kN.m/ml} \end{aligned} \]

Interprétation : L'action de la terre crée un couple de 64 kN.m qui "pousse" vers le vide.

2. Calcul des Moments Stabilisateurs \( M_{\text{stb}} \) :

Nous calculons les moments résistants pour chaque partie du mur par rapport à l'arête aval (\(x=0\)). On applique le théorème de Varignon : le moment du système est la somme des moments de ses parties. On divise le mur en formes simples dont on connait le centre de gravité.

Partie Triangle (largeur 1m, contre le pivot) :
Le centre de gravité est à \(2/3\) de la largeur depuis la pointe.

\[ \begin{aligned} d_{\text{tri}} &= \frac{2}{3} \times (B-b) \\ &= \frac{2}{3} \times 1,00 \\ &= 0,667 \, \text{m} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} M_{\text{tri}} &= W_{\text{tri}} \times d_{\text{tri}} \\ &= 50,0 \times 0,667 \\ &= 33,35 \, \text{kN.m/ml} \end{aligned} \]

Partie Rectangle (largeur 1m, décalée de 1m du pivot) :
Le centre est au milieu du rectangle, donc à (largeur triangle) + (moitié largeur rectangle).

\[ \begin{aligned} d_{\text{rect}} &= (B-b) + \frac{b}{2} \\ &= 1,00 + 0,50 \\ &= 1,50 \, \text{m} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} M_{\text{rect}} &= W_{\text{rect}} \times d_{\text{rect}} \\ &= 100,0 \times 1,50 \\ &= 150,0 \, \text{kN.m/ml} \end{aligned} \]

Moment Stabilisateur Total :

\[ \begin{aligned} M_{\text{stb}} &= M_{\text{tri}} + M_{\text{rect}} \\ &= 33,35 + 150,0 \\ &= 183,35 \, \text{kN.m/ml} \end{aligned} \]

Interprétation : Le poids du mur génère un couple de rappel très puissant de 183,35 kN.m.

3. Calcul du Coefficient de Sécurité \( F_{S,\text{renv}} \) :

Nous comparons les moments pour vérifier la marge de sécurité.

\[ \begin{aligned} F_{S,\text{renv}} &= \frac{M_{\text{stb}}}{M_{\text{dst}}} \\ &= \frac{183,35}{64,0} \\ &= 2,86 \end{aligned} \]

Interprétation : Le moment qui retient le mur est presque 3 fois plus fort que celui qui tente de le renverser.

✅ Interprétation Globale de l'Étape 3

Le critère de stabilité au renversement est très largement vérifié (2,86 >> 1,50). C'est typique des murs poids : leur masse importante et leur base large les rendent naturellement très stables au basculement. Le risque principal reste le glissement (vérifié précédemment) ou la rupture du sol sous le mur (étape suivante).

\[ \textbf{Décision : } 2,86 > 1,50 \Rightarrow \textbf{STABILITÉ AU RENVERSEMENT OK ✅} \]
⚖️ Analyse de Cohérence

Le coefficient de renversement est souvent plus élevé que celui de glissement pour ce type d'ouvrage. Un ratio proche de 3 est excellent et montre que la largeur de la base (\(B=H/2\)) est généreuse pour le renversement.

⚠️ Points de Vigilance

Erreur classique : Se tromper de point de pivot ! Si vous calculez les moments par rapport à l'arrière du mur, les bras de levier changent et le sens physique est perdu. Toujours pivoter autour du point "autour duquel le mur tomberait" (l'arête extérieure).

4
Vérification de la Portance (Règle du Tiers Central)
🎯 Objectif de l'étape

Même si le mur ne glisse pas et ne bascule pas, il transmet des efforts au sol de fondation. Nous devons vérifier comment ces efforts sont répartis. L'objectif est double : s'assurer que le sol ne "craque" pas (non-poinçonnement, non traité ici car demande des données sur le sol de fondation) et surtout s'assurer que le mur reste entièrement comprimé sur le sol (pas de décollement à l'arrière). C'est la fameuse règle du tiers central.

📚 Référentiel Scientifique
  • Théorie des Poutres (Navier-Bernoulli) : Diagramme des contraintes sous une section rectangulaire.
  • Mécanique des Sols : Les sols ne résistent pas à la traction.
🧠 Réflexion de l'Ingénieur Expert

La résultante générale \(R\) des forces n'est pas verticale : c'est la somme vectorielle du Poids (vertical) et de la Poussée (horizontale). C'est une force oblique qui "frappe" la base du mur. Si cette force frappe exactement au milieu de la base, la pression sous le mur est uniforme (rectangulaire). Mais à cause de la poussée, la force frappe vers l'avant (excentrée). Cela crée une surpression à l'avant (patin) et une dépression à l'arrière (talon).
Si l'excentricité est trop forte, la pression à l'arrière devient négative (traction). Comme le sol ne tient pas la traction (c'est de la terre, pas de la colle !), le talon du mur se soulèverait. Cela réduirait la surface de contact efficace et augmenterait dangereusement la pression à l'avant.

Axe (B/2) Noyau Central (B/3) R (Résultante) e

Fig 4. Position de la résultante et noyau central

📘 Rappel Théorique : Le Noyau Central

Pour une section rectangulaire de largeur \(B\), le noyau central est la zone médiane de largeur \(B/3\). Tant que la résultante passe dans cette zone, toute la base est comprimée. La limite mathématique est une excentricité \(e \le B/6\).

📐 Formule Clé : Excentricité et Limite

L'excentricité \(e\) est la distance entre le centre de la base et le point de passage de la résultante :

\[ e = \frac{B}{2} - d_{\text{res}} \]

Avec :

\[ d_{\text{res}} = \frac{\Sigma M_{\text{stb}} - \Sigma M_{\text{dst}}}{\Sigma F_{\text{vert}}} \]

Condition de non-décollement : \( |e| \le \frac{B}{6} \)

📋 Données d'Entrée (Récupération des calculs précédents)
ParamètreValeur
Moment Stabilisateur \(\Sigma M_{\text{stb}}\)183,35 kN.m/ml
Moment Déstabilisateur \(\Sigma M_{\text{dst}}\)64,0 kN.m/ml
Force Verticale Totale \(W_{\text{total}}\)150,0 kN/ml
Largeur Base \(B\)2,00 m
💡 Astuce

Pour le calcul de l'excentricité, il est facile de se tromper de signe. Rappelez-vous : si le moment stabilisateur est plus grand (ce qu'on espère !), la résultante passe entre le centre et le patin (avant). Si le moment déstabilisateur était dominant, elle passerait vers le talon (arrière). Ici, la poussée 'pousse' la résultante vers l'avant (aval).

📝 Calculs Détaillés (Pas à Pas)
1. Calcul de la position de la résultante (\( d_{\text{res}} \)) :

On cherche à savoir à quelle distance de l'arête avant (le point O) la force résultante traverse la base. On écrit l'équilibre des moments au point de rotation O (arête aval). Le moment de la résultante \(R\) par rapport à O doit être égal à la somme algébrique des moments appliqués (Stabilisateurs - Déstabilisateurs). \(R_{\text{v}} \cdot d = \Sigma M_{/O}\).

\[ \begin{aligned} d_{\text{res}} &= \frac{M_{\text{stb}} - M_{\text{dst}}}{W_{\text{total}}} \\ &= \frac{183,35 - 64,0}{150,0} \\ &= \frac{119,35}{150,0} \\ &= 0,796 \, \text{m} \end{aligned} \]

Interprétation : La force appuie à 79,6 cm du bord avant du mur.

2. Calcul de l'excentricité (\( e \)) :

L'excentricité est l'écart par rapport au centre géométrique de la base. Le centre est à \( B/2 = 1,00 \) m.

\[ \begin{aligned} e &= \frac{B}{2} - d_{\text{res}} \\ &= 1,00 - 0,796 \\ &= 0,204 \, \text{m} \end{aligned} \]

Interprétation : La force est décalée de 20,4 cm vers l'avant par rapport au centre.

3. Vérification de la condition du Tiers Central :

Calculons la limite admissible \( B/6 \).

\[ \begin{aligned} \text{Limite} &= \frac{B}{6} \\ &= \frac{2,00}{6} \\ &= 0,333 \, \text{m} \end{aligned} \]

Comparaison : Notre excentricité (0,204 m) est bien inférieure à la limite (0,333 m).

✅ Interprétation Globale de l'Étape 4

La règle du tiers central est respectée. Cela signifie physiquement que la totalité de la surface de la base du mur est en contact comprimé avec le sol. Il n'y a aucun risque de décollement du talon à l'arrière. La diagramme des contraintes sous la semelle sera de forme trapézoïdale (et non triangulaire), ce qui est optimal pour la répartition des charges.

\[ \textbf{Décision : } 0,204 \text{ m} < 0,333 \text{ m} \Rightarrow \textbf{PAS DE DÉCOLLEMENT ✅} \]
⚖️ Analyse de Cohérence

Une excentricité faible est signe d'un mur bien proportionné. Si \(e\) était proche de 0, le mur serait surdimensionné (trop lourd). Ici, on utilise bien la capacité du mur, sans être critique.

⚠️ Points de Vigilance

Si la condition n'était pas respectée (\(e > B/6\)), cela ne signifie pas la ruine immédiate, mais cela invalide les modèles de calcul linéaire simples. Il faudrait recalculer la contrainte maximale avec la formule de Meyerhof (surface comprimée réduite), ce qui augmente considérablement la contrainte sur le sol à l'avant (risque de poinçonnement).

5. Schéma de Synthèse Statique (Bilan Visuel)
G W (150 kN) Fa (48 kN) R (Résultante) Tiers Central Axe (B/2) e = 0.20m σ_max σ_min

Synthèse graphique de l'équilibre statique : La résultante bleue reste dans le tiers central de la base, assurant la stabilité.

📄 Livrable Final (Note de Synthèse)

VALIDÉ APD
Projet : Sécurisation RN85
NOTE DE CALCULS - MUR POIDS P12
Affaire :GT-2024
Phase :APD
Date :24/10/2024
Indice :B
Ind.DateObjet de la modificationRédacteur
A20/10/24Première émission (Esquisse)J. Dupont
B24/10/24Mise à jour APD (Validation Stabilité)J. Dupont
Synthèse des Résultats de Stabilité

Le mur poids profil "Mixte" de 4m de hauteur, fondé sur le substratum graveleux, vérifie l'ensemble des critères de stabilité externe exigés par l'Eurocode 7 (Approche de calcul simplifiée pour APD).

Tableau Récapitulatif des Marges de Sécurité
Glissement (Sliding) : F_s = 1.80 (> 1.50) [CONFORME]
Renversement (Overturning) : F_s = 2.86 (> 1.50) [CONFORME]
Décollement (Eccentricity) : e = 0.20 m (< 0.33 m) [CONFORME]
Ingénieur Projet :
Jean Dupont
Directeur Technique :
Marie Currie
VISA CONTRÔLE
CONFORME
Projet de Mur de Soutènement - Route RN85
Section Publicitaire Élégante

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