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Centre Scientifique et Technique de la Construction

25/04/2018

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Stabilité des fouilles temporaires 2005/02.08

Si l'influence de l'eau sur la stabilité des fouilles (pente des talus) est connue depuis toujours, il est rare d'en tenir compte dans les calculs de stabilité pour les sols situés au-dessus de la nappe phréatique. Les méthodes de calcul traditionnelles se basent à cet égard sur les hypothèses les plus sécuritaires, ce qui contraint les entrepreneurs soit à prendre des mesures difficiles à tenir sur le plan économique (pente excessivement faible ou soutènement), soit à faire abstraction des résultats de calcul, avec pour conséquence des risques d'instabilité entraînant souvent des mouvements de sol ou des éboulements.

Une recherche en cours au CSTC a pour objectif d'élaborer des recommandations pratiques en vue d'une évaluation préalable de la stabilité des fouilles temporaires qui soit plus proche de la réalité.

Base théorique

En géotechnique, les calculs traditionnels ne considèrent que le sol à l'état sec ou à l'état saturé, c'est-à-dire lorsque l'espace entre les grains est rempli uniquement d'air ou d'eau. En réalité, les sols situés au-dessus de la nappe phréatique (éventuellement après rabattement de la nappe) sont en général partiellement saturés. Cela signifie que l'espace entre les grains est rempli à la fois d'eau et d'air. Ces sols subissent de ce fait une tension intergranulaire qui provient des forces d'adsorption aux point de contact eau-solide et des forces capillaires à l'interface eau-air.

En pratique, cette tension, appelée 'succion matricielle', peut être assimilée à une cohésion qui a pour effet d'augmenter la résistance du sol au cisaillement et, donc, de favoriser la stabilité des talus. Cette succion est d'autant plus importante que la teneur en eau du sol est faible; elle dépend dès lors du climat local et fluctue en fonction des saisons.

Fouille expérimentale à Limelette

Fouille expérimentale, à Limelette, après les ruptures survenues en janvier et en février 2005 (dimensions en plan : 20 m x 6 m, profondeur : 3 m).
Pour illustrer l'importance du paramètre de succion sur la stabilité des excavations, une fouille expérimentale a été réalisée sur le site du CSTC, à Limelette, dans un sol limoneux partiellement saturé (la nappe phréatique se situe à une profondeur voisine des 55 m). Des essais de reconnaissance 'classiques' (CPT) ainsi que des essais spécifiques pour mesurer la succion dans le sol (tensiomètres) ont été réalisés avant d'excaver la fouille. Les mesures de succion ont été répétées à intervalles réguliers sur une période d'un an avant excavation de la fouille pour déterminer des valeurs maximales et minimales de la succion dans le sol en fonction de la saison et des conditions climatiques.

Sur la base de ces mesures, les dimensions de la fouille ont été déterminées de manière à ce que sa stabilité soit uniquement justifiée - au niveau du calcul - par l'augmentation de résistance liée à la succion mesurée en période sèche (d'avril à octobre). La fouille a ensuite été excavée (juin 2004) et sa stabilité a été suivie au moyen d'instruments de mesure de la succion, de la teneur en eau et du déplacement.

Conformément aux prévisions, les premières ruptures de la fouille correspondent aux niveaux de succion minimum mesurés dans le sol en janvier et en février 2005. Ces résultats encourageants sont actuellement en cours d'analyse.

Conclusion

Informations utiles
Contacts
V. Whenham (info@bbri.be).
ir., chef de projet, laboratoire 'Géotechnique', CSTC

La succion, directement liée à la teneur en eau des sols partiellement saturés, est un paramètre essentiel pour évaluer la stabilité des fouilles temporaires réalisées au-dessus de la nappe phréatique (ou après rabattement de la nappe). La prise en compte de la succion dans les calculs pose toutefois de nombreuses questions, notamment en raison de son évolution dans le temps (en fonction du climat, d'apports d'eau éventuels), questions auxquelles le CSTC souhaite apporter des réponses directement utilisables pour les entrepreneurs.
 
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