Un mur de soutènement est un ouvrage de soutènement destiné à résister aux forces exercées par le sol (poussée des terres), l'eau (pressions hydrostatiques ou de percolation) et les surcharges extérieures (augmentation de la tension horizontale), lorsqu'elles existent. Le mot "étai" signifie support, appui, protection ; tout ce qui sert à soutenir quelque chose.
Fonction du mur de soutènement
Le mur de soutènement est normalement utilisé pour stabiliser des pentes, inclinées ou verticales, qui peuvent être d'origine naturelle (coteaux) ou artificielle (déblais et remblais). Sa fonction est d'empêcher le mouvement de la terre, évitant ainsi les glissements de terrain et l'enfouissement, garantissant la stabilité des bâtiments et la sécurité des personnes. Cette structure est très répandue sur les routes, pour niveler les terrains et protéger les habitations situées à flanc de colline. Elle est également utilisée sur les quais des ports, les barrages et les ponts.
Types de murs de soutènement
Il existe un large éventail de méthodes de construction et de matériaux utilisés pour construire des murs de soutènement, qui peuvent être divisés en deux groupes : les murs gravitaires et les murs en béton armé.
Murs de gravité
Comme leur nom l'indique, il s'agit d'ouvrages de soutènement qui utilisent leur propre poids pour garantir la stabilité du système, sans l'aide de tirants ni l'apport du sol devant l'ouvrage. À cette fin, les murs-poids sont généralement réalisés en maçonnerie de pierre ou en béton cyclopéen, un matériau dont le poids spécifique est élevé. Les murs classés comme murs-poids sont :
Mur en gabion
Le mur en gabion est constitué d'éléments en forme de cage en treillis métallique galvanisé remplis de pierres à main. Il s'agit de structures monolithiques en raison de la connexion entre les éléments qui forment la structure, ce qui la fait se comporter comme un bloc homogène. Leurs principales caractéristiques sont leur flexibilité, leur capacité d'auto-drainage, leur faible coût et leur durabilité. En outre, leur exécution ne nécessite pas de machines sophistiquées.
Murs en béton armé
Il s'agit de structures élancées qui utilisent, en plus de leur propre poids, des armatures destinées à résister à la flexion, tout comme les structures en béton armé utilisées dans d'autres ouvrages d'art. Leur principal avantage est qu'ils occupent moins de surface au sol. En revanche, leur coût est plus élevé et leur hauteur est limitée, d'où l'intérêt d'utiliser des contreforts pour les murs d'une hauteur supérieure à 5 mètres. Ils peuvent également être ancrés à la base par des tirants ou des boulons d'ancrage pour améliorer leur stabilité.
Étapes du dimensionnement
Prédimensionnement ou avant-projet
À ce stade, le mur est prédimensionné en fonction des recommandations générales des bibliographies et d'informations telles que l'objectif de l'ouvrage et le type de sol, afin d'approcher la solution la plus appropriée, qui sera ensuite vérifiée par des calculs de sécurité. Outre la prise en compte des recommandations bibliographiques, l'expérience et les connaissances techniques de l'ingénieur sont extrêmement importantes, car elles permettent de faire le choix approprié le plus proche de l'idéal. N'oubliez pas que, même si une solution semble évidente ou simple, de nombreux facteurs doivent être analysés.
L'étude de sol
Comme pour tout projet de génie civil, il est essentiel d'étudier les propriétés et les caractéristiques du sol. Dans le cas présent, tant le sol à contenir que le sol qui recevra la fondation du mur de soutènement doivent être analysés afin de connaître les charges appliquées et la résistance du système structure-sol. Paramètres à analyser :
- Couches de sol
- Poids spécifique
- Cohésion
- Angle de frottement
- Adhésion et angle de frottement entre le sol et le mur
- Présence d'eau
C'est sur la base des données obtenues lors de l'étude géotechnique que l'ingénieur pourra calculer et dimensionner la structure du mur de soutènement, en garantissant son efficacité et en évitant l'apparition de pathologies de construction et de surdimensionnement.
Détermination des charges
Les charges prises en compte dans la conception sont :
- La poussée des terres (théorie de Rankine ou théorie de Coulomb)
- L'état actif est la pression latérale exercée par le sol sur le mur suite à une distension horizontale du massif.
- L'état passif est la pression latérale exercée par le mur sur le sol, provoquant une compression du massif.
- Le poids propre de la structure
- Les pressions hydrostatiques ou de percolation
- Les surcharges externes.
Vérification de la stabilité
Sécurité contre le basculement
Le moment qui tend à faire basculer l'ouvrage, résultant des forces de la terre, de l'eau et de la surcharge, doit être au moins 2 fois inférieur au moment résistant, qui résulte des forces opposées qui maintiennent le mur dans une position fixe.
Sécurité au glissement
La vérification du glissement s'effectue en comparant les forces horizontales exercées par le sol contenu et les autres charges, qui tendent à pousser le mur, avec les forces résistant à l'action, obtenues par la poussée passive et la force de frottement entre le béton de la base du mur et le sol de fondation.
Sécurité contre la rupture du sol de fondation
La contrainte admissible du sol sous la fondation, évaluée par sa capacité portante, doit être au moins 3 fois supérieure à la contrainte maximale appliquée par la fondation.
Sécurité contre la rupture générale (stabilité de la pente)
La dernière vérification concerne la sécurité de la combinaison mur-sol, en cas de rupture du sol le long d'une surface de glissement. Il convient d'utiliser les concepts de l'analyse de stabilité générale, qui consiste à vérifier un mécanisme de rupture globale du massif, dans lequel le mur de soutènement est considéré comme un élément interne au massif de sol, se déplaçant potentiellement comme un corps rigide.
Vérification des contraintes admissibles
Dans cette étape, les contraintes de compression et de flexion dans le matériau du mur sont vérifiées.
Détail
Le détail pour l'exécution doit être réalisé de manière compréhensible afin d'éviter les erreurs et les questions non définies qui finiront par être décidées pendant les travaux, générant des coûts supplémentaires et des échecs d'exécution.
Système de drainage
Tous les dimensionnements, les calculs de stabilité et le soin apporté à l'exécution seront inutiles si le système de drainage n'est pas efficace, car l'eau qui pénètre dans le sol contenu par le mur de soutènement provoque une augmentation des charges et peut conduire la structure à l'effondrement. Dans les zones urbaines, des infiltrations peuvent se produire en raison de fuites dans les canalisations d'eau et/ou d'égouts. Derrière le mur de soutènement, vous créez un volume de béton perméable d'environ 30 cm d'épaisseur, comme s'il s'agissait d'un autre mur de soutènement, de bas en haut, collé au mur de soutènement principal. La collecte de l'eau du sol est très bonne, et l'évacuation de cette eau peut se faire par une ligne de tuyaux de drainage à la base du mur, placés à 15 cm du bas. Dans ce cas, des tuyaux de 10 cm tous les mètres horizontalement pour les murs jusqu'à 3 mètres de haut. Pour les murs d'une hauteur comprise entre 3 et 6 mètres, placez deux lignes de drains horizontaux (décalés) à la base du mur, à 15 cm du bas et à 45 cm du bas.
D'autres bibliographies fournissent également des recommandations pour les systèmes de drainage, avec des méthodes et des matériaux différents. De nos jours, l'utilisation de matériaux géosynthétiques comme drains est courante. Quel que soit le choix de l'ingénieur, l'important est d'adopter un système de drainage efficace et de garantir la sécurité de la structure.