Stabilite et risques d’affouillement des fondations

STABILITE DES FONDATIONS ET RISQUES
D’AFFOUILLEMENT. CAS D’EFFONDREMENT DU PONT RELIANT N’ GAOUS TAXLENT (W.BATNA)


SOURI Med El hadi
Laboratoire National de l’Habitat et de la Construction (LNHC)


RESUME : L’affouillement est un phénomène naturel pouvant affecté les ouvrages et en particulier ceux traversant les oueds .Pour se prémunir contre ce risque la géotechnique nous permet de déterminer la nature du sol et sous sol,la profondeur du bon sol et d’affouillement,les paramètres de résistance(q,c,φ), de déformabilité (Cc,Cg,E,υ),de perméabilité (k) etc. Ces données sont indispensables aux concepteurs pour dimensionnement et justifier la stabilité des fondations de leurs ouvrages dans le but de limiter éventuellement les conséquences du risque d’affouillement dont l’existence est certaine mais non défini dans le temps.Aussi pour illustrer les effets et les conséquences de ce phénomène, nous présenterons le cas d’effondrement du pont, traversant l’oued Chihat, reliant N’gaous à Taxlent (W .Batna) sur le CW40 au PK 22+900.

MOTS CLEFS : Risque, Affouillement, Stabilité, Pont, Effondrement.

1.-INTRODUCTION
Dans notre pays et plus particulièrement dans les zones arides et semi arides, le régime
pluviométrique est très variable, il passe de la sécheresse à des pluies torrentielles engendrant des crues dont l’élévation des niveaux des eaux dans les oueds dépassent parfois les tabliers des ponts ;offrant des spectacles impressionnants .
Ces crues provoquent des phénomènes d’affouillement qui ont pour effet la déstabilisation des fondations et comme conséquences la ruine des ouvrages et l’isolement des communautés,tel que l’effondrement du pont reliant N’gaous à Taxlent sur le CW40 aux PK22+900 dont la travée(coté Taxlent) est tombée .Devant ce risque naturel qu’est l’affouillement, et dans le cadre de la prévention et de la gestion des risques, la géotechnique apporte des informations et des données indispensables pour :
-l’évaluation de la profondeur d’affouillement moyennant certaines données hydrauliques (débit, surface mouillée etc.)
-le dimensionnement des fondations
-la justification de la stabilité des fondations.
Dans cet exposé nous essayons de voir : ce qu’est le risque d’affouillement, l’évaluation de la profondeur d’affouillement, la stabilité des fondations pour montrer l’utilisation des paramètres géotechniques et les apports de la géotechnique. Aussi nous présenterons le cas d’effondrement du pont isostatique reliant N’gaous à Taxlent et les mesures à prendre pour limiter les conséquences négatives de telle catastrophe.

2.-RISQUE D’AFFOUILLEMENT.
D’abord nous verrons d’une manière générale ce qu’on entend par risque et affouillement

2.-1 Risque.
Selon Villemeur : « Le risque est une mesure du danger associant une mesure de l’occurrence d’un événement indésirable et une mesure de ces effets ou conséquences. »
En d’autres termes, le risque est une fonction à deux variables :
- une mesure de la probabilité d’apparition du danger.

- une estimation des effets ou conséquences du danger s’il se produit.
Aussi selon Kaplan l’analyse du risque consiste à répondre aux trois questions suivantes :
- Qu’est ce qui peut conduire à des situations de danger ? C’est-à-dire le scénario « S »conduisant à une telle situation.
- Quels sont les chances pour que ces situations se produisent ? C est à dire quelle est la probabilité « P » d’apparition de ce scénario.
- Si elles se produisent, à quelles conséquences peut on s’attendre ? C’est à dire les conséquences « C » liées au scénario.
Ainsi le risque « R » est défini par l’ensemble du triplet R (S, P, C).

2.-2 Affouillement.
Comme il est économiquement raisonnable de faire des ponts les plus courts possible, le risque d’affouillement existe toujours pour une certaine catégorie de sol.
Selon Hans et al 1999, Van Tuu 1981 (rapporté par Mrs: Ben Ouezdou M. et Boudriga A lors du colloque international sur : « les risques en génie civil. » le 18/19 mars 2004 en Tunisie) le processus d’affouillement est décrit de la manière suivante :
L’affouillement est le résultat de l’érosion du lit d’oued ou de ces berges pendant la période d’élévation des eaux durant une inondation. La vélocité de l’eau croit, de cette croissance résulte une augmentation des contraintes de cisaillement sur les matériaux
au fond du lit d’oued. Lorsque ces contraintes deviennent suffisamment élevées les matériaux sont soulevés du fond du lit et transportés plus loin avec le flux.

L’entraînement des matériaux peut s’effectuer de trois manières différentes selon
la grosseur des grains :
-Les elements plus fins sont maintenus en suspension par le mouvement
tourbillonnaire des eaux chargées.
-Les elements moyens progressent par bondissement
-Les plus gros roulent sur le fond du lit.

Par conséquent le risque d’affouillement est un phénomène naturel dont l’existence est certaine (pour les sol pulvérulent), mais mal définie dans le temps. C’est un danger (qui existe, mais imprévisible.) survenant des circonstances naturelles qui menace les hommes, les biens et l’environnement.

3.-EVALUATION DE LA PROFONDEUR D’AFFOUILLEMENT

La connaissance de la profondeur d’affouillement est indispensable non seulement pour la détermination de l’ancrage de nos fondations mais aussi pour ne pas la prendre en considération en particulier pour l’estimation de la capacité portante des fondations
superficielles ou profondes.
Toujours selon Hans l’affouillement total (de hauteur total : Ht) qui se produit dans un lit d’oued peut être décompose en trois types :

-L’affouillement général (de hauteur : Hg) lequel est un processus à long terme, ou les matériaux du lit d’oued sont transportés loin de la débouchée de l’oued.

-L’affouillement de contraction (de hauteur : Hc) lequel est du à la présence des remblais d’accès entraînant une réduction de la section de l’oued provoquant ainsi une
croissance de la vélocité du flux et par conséquent une augmentation des contraintes de cisaillement en particulier au niveau des piles et des culées.

-L’affouillement local (de hauteur Hl) lequel est du à la présence des piles engendrant l’augmentation de la vitesse du flux ayant pour effet le développement de fossés
d’affouillement
Quand ces trois processus se produisent simultanément, leurs effets combinés est appelé affouillement total de hauteur :

Ht=Hg + Hc +Hl

Ces profondeurs ou hauteurs d’affouillement sont données par des formules empiriques tenant compte de la nature du sol et en particulier des dimensions des grains.
Par exemple pour l’affouillement général à sédiment grossier (d90 ≥6mm) la hauteur Hg est donnée par la formule de KELLER HAllS :

Hg= Do-SM/BM avec

SM : section mouillée aux plus hautes eaux (m2)
BM : largeur du lit mineur (m)

Do = 0,249Qo-0,8.d90-0.12 BM-0.8

d90 : dimensions (m) des mailles laissant passé
90% du poids de l’echantillon.

Qo : débit maximal aux niveaux du pont considéré (m3/s)

Comme vous pouvez le constater pour évaluer la profondeur d’affouillement on a besoin non seulement de données hydrauliques (débit, vitesse d’écoulement surface mouillée. etc.)
mais aussi de données géotechniques

Sur ce point nous avons remarquer que dans la plus part des rapports d’études géotechniques du sol consultés, les profondeurs d’ancrage des fondations sont données sur la
base des considérations d’affouillements sans justifications convaincantes ,du fait de l’absence des données hydrauliques.

4.-STABILITE DES FONDATIONS.
Nous avons préféré introduire ce paragraphe pour montrer aux lecteurs les différents
paramètres géotechniques utilisés pour le dimensionnement et la justification de la stabilité des fondations. De nos jours il existe trois modes de fondation :
- fondations superficielles.
- fondations semi profondes.
- Fondations profondes.
Le choix du mode de fondation dépendra de la profondeur du bon sol. Cependant pour le dimensionnement et la justification de la stabilité des fondations on utilise les « Règles Techniques de Conception et de Calcul des Fondations des ouvrages de Génie Civil fascicule 62. » .Nous essayons de voir les conditions principales de justification des fondations
superficielles, lesquelles sont plus vulnérables au risque d’affouillement.

4.-1 Justification vis-à-vis de l’état limite ultime de mobilisation de la capacité portante du sol.

On considère les combinaisons d’actions relatives aux états limites ultimes.
La condition à vérifier s’écrit :

qref < 1/s(qu-qo) x iδβ +qo avec

qref = contrainte conventionnelle de référence
qu = contrainte de rupture du sol sous charge verticale centrée, déduite soit :à partir d’essais in situ ou de laboratoire.
qo = représente la contrainte vertical effective que l’on obtiendrait dans le sol au
niveau de la base des fondations.
iδβ = coefficient min orateur tenant compte de l’inclinaison de la charge et de la géométrie
des fondations.
s = coefficient de sécurité généralement pris égale à 3

4.-2 Justification vis-à-vis de l’état limite de service.

On adopte la même formule que précédemment sauf que les combinaisons d’actions à considérer sont celles relatives aux états limites de service.

Cette pression limite est utilisée pour l’évaluation des tassements suivant l’état de consolidation du sol. Par exemple pour un sol sous consolidé (σ’vz ≥ σ’p) :

Sj = Δz/1+eo (Cc Log σ’vz/ σ’p)

σ’p= pression de pré consolidation
Cc= indice de compressibilité.
eo= indice des vides initial
Sj= tassement d’une tranche « j » de hauteur Δz
σ’vz désigne la valeur de σ’v (z) au milieu de la tranche considérée.

σ'v (z ) = σ’vi(z) + Δσ’v (z)

Δσ’v (z) = la contrainte engendrée dans le sol supposé non pesant par une pression uniforme
rapportée par la semelle.
σ'vi = représente la contrainte effective du sol au niveau de la tranche « i » à la profondeur z

4.-3 Justification vis-à-vis de l’état limite de renversement.

On considère les combinaison d’actions relatives aux états limites ultimes et on
vérifie la condition suivante :
Ms/Mr ≥ 1,5
Ms= moment stabilisant
Mr= moment de renversement (moment moteur)


4.-4 Justification vis à vis de l’état limite ultime de glissement.
Les sollicitations de calcul à considérer sont celles relatives aux états limites ultimes
la condition à vérifier est la suivante :

Hd ≤ Vd x tgφ/s1 +CxA/s2

avec les notations suivantes :
Hd et Vd =composantes de calcul de l’effort appliquer
A= surface compriméeφ
&Oslash;= angle de frottement interne du sol
C= cohésion du sol.
s1 et s2= coefficients partiels de sécurité.

4.-5 Justification vis-à-vis de l’état limite ultime de stabilité d’ensemble.

On suppose, pour la vérification l’existence d’une ligne de rupture circulaire le long de laquelle sont mobilises les efforts résistants s’opposants aux efforts moteurs.
Les sollicitations de calcul à considérer sont celles relatives aux états limites ultimes.
On procède à deux vérifications :
-La première, relative à la situation initiale, qui consiste à utiliser la méthode de
Bishop(conseiller pour les cas courants) en s’assurant que le coefficient de sécurité F ≥ 1
pour tous les cercles de glissement en prenant comme caractéristiques du sol &Oslash;d et Cd
tels que tgφd = tgφ/1.2 et Cd = C/1.50
-La deuxième, relative à la situation finale, laquelle est identique à la première sauf qu’on se limite aux cercles ne coupant pas les semelles des fondations et en prenant en compte les charges apportées par celles-ci.

5.- APPORTS DE LA GEOTECHNIQUE.

Comme nous l’avons vue précédemment le phénomène d’affouillement est un risque naturel ayant pour causes les pluies torrentielles. C’est un phénomène qui existe, mais imprévisible dans le temps. Par conséquent les concepteurs de nouveaux ouvrages doivent tenir compte de ce phénomène lors de la modélisation du comportement du sol, du dimensionnement et de la justification de la stabilité de leurs fondations.
Pour cette opération ils doivent connaitre :
-la nature du terrain.
-la profondeur du bon sol.
-la profondeur d’affouillement.
-les paramètres physiques (γh, γd, w ,wl ,wp)
-les paramètres de résistance (qu, C, φ)
-les paramètres de déformabilité :
*tassement Eo, Cc, υ.
*gonflement Pg ;Cg.
-les paramètres de perméabilité (K).
-etc.
Tous ces paramètres qu’on retrouve dans les formules précédentes sont déterminés par la reconnaissance et étude géotechnique en procédant à des essais in situ, et au laboratoire .Ce qui montrent l’apport de la géotechnique et le rôle fondamentale qu’elle joue dans le cadre de la prévention et de la gestion des risques.
Pour les anciennes constructions il y a lieu d’établir des expertises (ou des diagnostics)
pour s’assurer que ces ouvrages répondent efficacement ( face aux risques d’affouillement) aux exigences fondamentales à savoir :
-la résistance.
-la stabilité.
-l’aptitude aux services
-la durabilité.
En d’autre terme elles permettent aussi de connaître :
-l’état du patrimoine et le flux financier à prévoir pour que la construction restent fonctionnelle.
-l’établissement d’un programme d’entretien.

6.- CAS D’EFFONDREMENT D’UN PONT
.
6.-1 Situation et historique du pont.

Le pont est situé sur le CW 40 au PK 22+900, reliant N’gaous à Taxlent dans la wilaya
de Batna. D’après les renseignements fournis par les services de la DTP, ce pont à été construit par une entreprise privée en 1984 et traverse l’oued Chihat au Nord-Est de N’gaous. (voir ci –joint croquis d’implantation)

vers Ngaous

Vers Taxlent

Croquis d’implantation du pont sur l’oued Chihat

6.-2 Description du pont


Etat du pont ( Avril 2005) sur l’oued Chihat reliant N’gaous à Taxlent

C’est un pont en béton armé isostatique composé de trois travées ayant chacune une portée d’environ 13m .Le pont a une longueur de 40m et une largeur d’environ 10m.Le tablier est constitué d’une dalle en béton armé d’épaisseur e=20cm reposant sur trois poutres en béton armé de hauteur total ht= 100cm et de largeur b=35cm ; et de trois entretoises (une au centre et deux d’about) de section 30x70cm.
Le tablier repose sur deux piles en voiles d’épaisseur e=50cm de largeur l=7.00m et de hauteur approximative ht =4.00m. Ces piles sont terminées en tête par un chevêtre de section d’environ 60x70 cm. Aux niveaux des extrémités, il repose sur deux culées avec un sommier de faible largeur (<20cm), avec des murs en retour.
L’infrastructure est constituée de fondations superficielles sur semelle filante sous mur dont les dimensions des piles centrales mesurées sur site sont :
-largeur = 3.50m
-longueur = 7.00m
-épaisseur= 70cm

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يا حفبظ يا ستار ولك شو هاذ جنيت انت جنيت استغفر الله العظيم واتوب اليه