Contenu expert d’archives et risque sérieux : l’article préserve le récit historique de la stabilité des pentes, les symboles, les formules et les diagrammes du texte original. Il ne s’agit pas d’une étude géotechnique, d’un projet d’excavation ou de remblai, d’un calcul de stabilité, d’un plan de drainage, d’une évaluation de glissement de terrain ou d’instructions de travail. Une pente instable peut soudainement ensevelir des personnes, des bâtiments et des routes ; Les fissures, renflements, eaux troubles, affaissements ou déplacements soudains observés doivent être considérés comme un motif d’éloignement de la zone dangereuse et une évaluation professionnelle urgente.
Savo Kusić se concentre aujourd’hui sur les fenêtres en bois, fenêtres en bois-aluminium, fenêtres personnalisées, portes et demandes de devis. Cet article reste une archive technique et ne représente pas une offre de conception géotechnique, de supervision ou d’exécution de terrassements.
Pour les terrassements réalisés tels que tranchées, remblais et canaux, les pentes finales s’effondrent parfois. Et une pente naturelle, sans ouvrages artificiels, peut se déplacer brusquement et avec une grande force ou très lentement. Ces phénomènes font depuis longtemps l’objet d’études géologiques et géomécaniques, dans le but d’évaluer la stabilité à partir des caractéristiques physiques du sol et des conditions de chaque cas individuel.
Causes du mouvement des masses terrestres
La condition de stabilité de tout sol, qu’il s’agisse d’un objet en terre artificielle ou d’un sol naturel, est qu’il existe un équilibre entre les forces externes et la résistance interne du sol. Les forces externes sont principalement le poids propre du sol, qui est généralement la seule force externe, suivi de toute autre charge externe agissant sur la pente, permanente ou mobile. La résistance interne est constituée de cohésion et de frottement dans un sol lié, et uniquement de frottement dans un sol non lié.
Fig. 1. Pente du remblai de sol meuble
Si l’on observe un remblai de hauteur h constitué d’un sol complètement meuble, par exemple du sable sec compacté, on déterminera que la pente de ce remblai est inclinée d’un angle β par rapport à l’horizontale (fig. 1). La taille de l’angle β dépend de plusieurs facteurs tels que la taille des grains, la forme des grains et le compactage. Si l’on augmente la hauteur du remblai h à h1, h2, etc. avec le même matériau non lié de même compactage, l’angle β ne changera pas, la pente du remblai restera à la même pente jusqu’à une hauteur h illimitée. Pour un sol meuble donné, l’angle de pente naturel β est indépendant de la hauteur de pente h. La taille de l’angle β pour un sol non lié dépend de l’angle de frottement interne du sol φ et est supposée être légèrement inférieure ou égale à celui-ci, β ≤ φ.
Fig. 2. Pente de coupe dans un sol lié
Si nous observons une coupe réalisée dans un sol lié, nous constaterons que la pente de la coupe est maintenue sous une pente plus forte 1:m, c’est-à-dire sous un angle β plus grand du fait que la résistance interne du sol lié est augmentée par la cohésion, qui n’existe pas dans le sable sec (fig. 2). Dans certains types de sols, comme le loess sec, la cohésion peut augmenter la résistance interne à tel point que le sol peut être retenu avec un côté coupé verticalement, c’est-à-dire selon un angle β = 90°. Cependant, si l’on augmente la hauteur de coupe h dans un sol lié à h1, h2, etc., l’angle d’inclinaison de la pente de la coupe β doit être réduit afin de maintenir la pente en stabilité. Pour chaque angle de pente β de la pente de la coupe dans un sol délimité donné, il existe une hauteur critique hc. Si l’on dépasse cette hauteur, la pente AB ne sera pas maintenue en équilibre et elle glissera sur une surface de glissement CD (fig. 3). Le glissement s’est produit en raison d’une perturbation de l’équilibre entre la force externe, le poids propre de la masse de terre et la résistance interne, qui n’était plus suffisante pour s’opposer à l’augmentation de la force externe, c’est-à-dire à l’augmentation du poids de la masse de sol provoquée par l’augmentation de la hauteur de la pente h.
Fig. 3. Pente glissante dans un sol cohérent
Il résulte de ce qui précède que l’angle de pente naturelle du sol ne peut pas être adopté comme valeur constante pour le sol donné, puisque sa valeur dans toutes les autres conditions dépend de la hauteur de la pente et diminue avec l’augmentation de cette hauteur. Cependant, elle est souvent adoptée pour les pentes de faibles hauteurs comme valeur constante, dépendant de l’angle de frottement interne du sol φ.
Une perturbation de l’équilibre peut également se produire sans augmenter la hauteur de coupe h, par exemple lorsque la résistance interne du sol diminue. Les éléments de résistance interne du sol lié, la cohésion et le frottement, sont très variables et dépendent de la quantité d’eau présente dans le sol. Par conséquent, dans de nombreux cas, la cause du glissement est la sursaturation du sol lié à l’eau, qui peut être si importante que le sol n’est plus capable de se soutenir sous aucune pente, mais glisse sous l’effet de son propre poids.
Fig. 4. Glissement du sol dû à la formation de surfaces de glissement
Il existe différents cas de glissement du sol dus à la réduction de la résistance interne, dont nous citerons ici quelques cas caractéristiques.
Éducation aux surfaces de glisse
S’il y a une couche d’argile imperméable sur une pente sous la couche superficielle de sol perméable (fig. 4a), ou s’il y a une couche de sable inclinée dans la couche d’argile (fig. 4b), dans laquelle les eaux atmosphériques ou de surface peuvent atteindre (par exemple à partir d’un fossé de drainage négligé), des glissements de terrain peuvent se produire. Une plus grande quantité d’eau traverse la couche perméable jusqu’à la couche d’argile, qu’elle mouille fortement, réduisant ainsi sa résistance en surface, là où glisse la couche supérieure.
Perturbation de l’équilibre en coupant une coupe
Les coupes lors de la construction de voies ferrées et de routes perturbent l’état d’équilibre précédent, car dans le profil de coupe, le sol reste sans support et a tendance à descendre sous l’effet de la gravité. Un état d’équilibre peut être maintenu si la résistance interne du sol est suffisamment grande pour contrecarrer cette tendance, ce qui est également possible lorsque le sol coupé est constitué de couches fortement inclinées vers la coupe.
Fig. 5. Glissement du terrain dû à la coupe dans un sol en couches
Cependant, si des couches de sol imperméable et perméable sont coupées alternativement (Fig. 5), il existe une possibilité de lessivage du sol perméable et de mouillage du sol imperméable, sur lequel un glissement peut se produire.
Inhomogénéité du sol
De fines couches de matériau imperméable dans un remblai constitué de sol perméable, appelées lentilles d’argile (fig. 6), peuvent également provoquer un glissement si une grande quantité d’eau les atteint et forme une surface de glissement.
Fig. 6. Cas de glissement de remblai dû à une composition inhomogène
Effet du gel
Sous l’effet du gel, l’eau s’accumule dans la couche superficielle sous forme de lentilles de glace. Lors du dégel, les lentilles de glace se transforment en eau, ce qui sursature le sol jusqu’à la profondeur de l’action du gel, ce qui le transforme en une masse liquide et perd sa stabilité.
Ce cas se produit uniquement dans des sols dangereux au gel et avec une durée de gel plus longue, car la formation de lentilles de glace prend beaucoup de temps.
Abaissement du niveau des eaux souterraines
Lorsque le niveau de la nappe phréatique s’abaisse de manière permanente, par exemple en raison de travaux dans le sol, le sol se dessèche et, s’il s’agit d’argile qui présente un gonflement important, des fissures apparaissent. De plus grandes quantités d’eau de surface et atmosphérique y pénètrent, mouillant le sol et réduisant sa résistance interne, ce qui peut également conduire à des glissements de terrain.
Il existe également de nombreux autres cas de glissement de terrain, on peut donc considérer que tout sol cohérent peut, dans certaines circonstances, perdre plus ou moins sa résistance interne et, sous l’influence de forces extérieures, se mettre en mouvement.
Un sol incohérent est stable tant que l’angle d’inclinaison de la pente est inférieur à l’angle de frottement interne du sol. Avec ce type de sol, le glissement ne se produit que si l’angle de pente est supérieur à l’angle de frottement interne. Cependant, si un remblai est constitué de matériaux non liés sur un sol argileux, le sol argileux peut glisser et le remblai s’effondrer, et il est nécessaire de vérifier la stabilité.
Test de stabilité des pentes de terre
Forme de la surface coulissante
La condition d’équilibre entre les forces externes et la résistance interne du sol a été fixée par Coulomb avec son équation
τ ≤ c + σ tgϕ
où τ est la contrainte de cisaillement du sol, c est la cohésion, σ est la contrainte normale sur la surface de glissement, ϕ est l’angle de frottement interne.
Si la résistance interne du sol, la cohésion c et le frottement σ tgϕ ne sont pas suffisants pour s’opposer à la contrainte de cisaillement du sol, un glissement se produit sur une surface de glissement à l’intérieur du sol. Il existe différentes formes de surfaces de glissement, qui dépendent des propriétés physiques du sol, de la stratification, de l’humidité, de la charge externe et d’autres facteurs.
Les cas coulissants typiques suivants diffèrent selon la position :
Fig. 7. Cas typiques de glissements de terrain
a) Coulissement des côtés verticaux de la coupe. Dans le cas de canaux pour l’approvisionnement en eau, l’assainissement, etc., qui sont creusés avec des côtés verticaux (fig. 7a), si la hauteur critique hc, qui dépend des propriétés physiques du sol, est dépassée, un glissement sur la surface ADC se produit. Ces glissements ne se produisent généralement pas sur toute la longueur du canal, mais sont localisés, ce qui s’explique par la résistance inégale au cisaillement du sol.
b) Dérapages partiels de pente (fig. 7b). Ces glissements apparaissent souvent au printemps sur les déblais ferroviaires et routiers et sont le résultat d’une sursaturation du sol en eau.
c) Pente glissante la nuit (fig. 7c). C’est le glissement de toute la pente de la tranchée ou du remblai jusqu’à la jambe C.
d) Pente glissant sous les pieds (Fig. 7d). Il s’agit du glissement de toute la pente de la déblais ou du talus et du sol sous la semelle. Cette lame est également appelée fracture du sous-sol ou fracture suédoise, du nom des Suédois qui l’ont décrite pour la première fois.
En ce qui concerne la forme de la surface de glissement, on peut seulement affirmer que la surface de glissement dans le sol lié n’est pas droite, mais qu’il s’agit d’une surface courbe. Certains auteurs adoptent un arc de cercle (Fellenius), une spirale logarithmique (Rendulić) ou une combinaison de ces lignes courbes (Brinch Hansen) comme forme de la surface de glissement.
Effet de la filtration de l’eau sur la stabilité des pentes
S’il y a de l’eau externe avec le niveau N1 (fig. 8) devant la pente, un écoulement d’eau se produit dans le sol derrière la pente, ce qui provoque la pression interne de l’eau dans les pores, ce qui entraîne une diminution du frottement entre les particules solides et une augmentation de la contrainte de cisaillement dans le sol.
Si le niveau d’eau N1 devant la pente est constant, la colonne d’eau H*γW provoque une pression de l’eau dans les pores du sol, ce qui réduit le frottement entre les particules solides, ce qui augmente le risque de glissement de la pente. Cependant, lorsque le niveau N1 est constant, la pression de la colonne d’eau H*γW pousse les particules solides vers l’intérieur du sol, ce qui réduit dans une certaine mesure le risque de glissement de pente. Dans ce cas, avec un niveau d’eau constant N1 devant le talus, il existe un risque de glissement du talus aval, car l’action de filtration de l’eau dans le sol provoque le rejet des particules solides vers l’extérieur du talus aval.
Fig. 8. L’effet de la filtration sur la stabilité de la pente du sol
Si le niveau d’eau externe baisse fortement du niveau de N1 au N2 alors la stabilité du versant amont est menacée. Dans ce cas, l’eau interne s’écoule dans les pores vers le côté extérieur du talus amont, poussant les particules solides vers ce côté.
Pour cette raison, si la pente du sol est immergée dans l’eau, l’effet de la filtration de l’eau doit également être pris en compte lors du test de stabilité de la pente.
L’effet de la filtration de l’eau dans le sol dépend de plusieurs facteurs dont les plus importants sont la perméabilité du sol, la pression hydrostatique de l’eau extérieure, le taux de baisse du niveau de l’eau extérieure et l’homogénéité du sol.
Si l’on suppose que le remblai de la fig. 8 de masse homogènement isotrope, sous l’effet de la pression hydrostatique de l’eau extérieure de niveau N1, l’eau va s’écouler dans les pores du remblai en direction de la pente aval, de sorte que le niveau de la nappe phréatique dans le remblai va diminuer avec la longueur de la route parcourue. Si l’on introduit les conduites piézométriques AA’, BB’ et CC’ dans le remblai (fig. 9), l’eau interstitielle sous l’effet de la pression hydrostatique entrera dans ces conduites et montera jusqu’au niveau N1, qui peut être le même dans toutes les conduites, si les points A, B et C sont choisis de manière à ce que les hauteurs de colonne d’eau dans les conduites soient h1, h2 et h3.
Fig. 9. Lignes équipotentielles et actuelles
Si nous désignons par h l’élévation du niveau d’eau N1 par rapport à un plan O-O arbitrairement choisi, alors le potentiel h pour tous les points 3, A, B et C est le même. La ligne reliant ces trois points est la ligne équipotentielle. Les eaux souterraines du sol ne peuvent pas s’écouler le long de cette ligne, mais uniquement en direction de points à faible potentiel.
De la même manière, nous pouvons sélectionner dans la même masse les points D, E et F avec un potentiel h ― Δh inférieur. La ligne qui relie ces trois points est la ligne équipotentielle de potentiel h ― Δh. L’écoulement de l’eau du point A de la ligne équipotentielle ABC à un point infiniment proche D de la ligne équipotentielle DEF existera dans la direction de la plus grande chute hydraulique imax, c’est-à-dire dans la direction de la plus petite distance Δlmin = AD. Cela signifie que la ligne AD le long de laquelle l’eau s’écoule est perpendiculaire aux deux lignes équipotentielles, car
imax = Δh / Δlmin
où Δlmin est normal aux deux lignes équipotentielles. Ces normales aux lignes équipotentielles sont les directions de l’écoulement de l’eau dans la masse perméable et sont appelées lignes de courant. La communauté des lignes équipotentielles et de courant, mutuellement perpendiculaires les unes aux autres, forme un réseau de flux.
Les réseaux d’écoulement ont des formes différentes selon la perméabilité massique. Le cas le plus courant est un remblai constitué d’une masse perméable sur un sol imperméable, c’est-à-dire sur un sol pouvant être rendu imperméable (fig. 10). Dans ce cas, si le niveau d’eau externe est constant, les lignes de courant se trouvent dans leur partie médiane de la parabole.
Fig. 10. Réseau d’écoulement en remblai perméable sur sol imperméable
Au niveau de la pente amont, les paraboles se connectent aux droites perpendiculaires à la pente, qui représentent la ligne équipotentielle, car à niveau constant N1 l’eau ne dévale pas la pente. Avec la pente aval, les paraboles se terminent tangentiellement à la pente, qui n’est ni une ligne équipotentielle ni une ligne de courant. La surface du sol imperméable sous le remblai est une ligne de courant, car l’eau au fond du remblai s’écoule parallèlement à cette surface. En partie supérieure, le réseau d’écoulement se termine par une parabole basique appelée ligne de suintement, qui représente la limite du sol sous l’action de la filtration. En dessous de cette limite, le sol est sous l’effet d’une filtration due à la pression hydrostatique de l’eau extérieure H*γW, alors qu’il n’y a pas de filtration dans le sol au-dessus. La ligne d’infiltration est également appelée ligne de saturation, car on suppose que le sol en dessous est complètement saturé d’eau, tandis qu’au-dessus, il est partiellement saturé.
L’évaluation réelle de la pente doit inclure l’investigation, la stratification, les paramètres de résistance, les eaux souterraines et de surface, les changements de niveau, le drainage, la sismique, les phases d’excavation ou de remblai, les structures adjacentes et les conditions temporaires. L’excavation sans protection appropriée et l’entrée dans la zone de glissement de terrain possible ne sont pas sûres en fonction du texte général ou de la forme de la pente elle-même.