Étude pluridisciplinaire de la stabilité des pentes
Application au glissement de Kenscoff-Mahotière (Haïti)
Première édition
L'objectif de cette thèse est d’analyser l’influence des phénomènes stabilisants ou déclenchants sur la stabilité des pentes en les appliquant au glissement de Kenscoff-Mahotière. Dans notre travail, nous mettons essentiellement l’accent sur les avancées réalisées dans le domaine des sols non saturés et de la sismicité, à la fois en termes de techniques expérimentales et de modélisation pour étudier le comportement des sols soumis à ces deux facteurs. Par la suite, nous les couplons dans une approche paramétrique à la position de la nappe et à la pluviométrie afin de prendre en compte tous les paramètres susceptibles d’entraîner cette instabilité. Pour comprendre ces approches, nous avons dans la partie expérimentale réalisé in situ une série d’essais géotechniques et géophysiques, puis en laboratoire sur les échantillons prélevés sur le site des essais plus précis en conditions saturées et non saturées afin de déterminer les paramètres nécessaires à l’estimation des comportements sismique et hydromécanique de ces sols et ainsi d’évaluer l’évolution de leur résistance au cisaillement. Ensuite, dans la partie modélisation numérique, nous avons analysé la stabilité de Kenscoff-Mahotière. Cette modélisation a été accomplie avec le logiciel GEOSLOPE utilisant les méthodes d’équilibre limite couplées avec les méthodes des éléments finis pour analyser le rôle de ces différents paramètres sur cette stabilité.
Les applications effectuées à partir des différentes approches examinées dans notre modèle ont permis également de comprendre les principales causes pouvant amener à la rupture du glissement de Kenscoff-Mahotière.
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Spécifications
- Éditeur
- Presses universitaires de Louvain
- Partie du titre
-
Numéro 406
- Partie du titre
-
Volume 406
- Auteur
- Berthoumieux Junior Jean,
- Collection
- Thèses de l'École polytechnique de Louvain
- Langue
- français
- Catégorie (éditeur)
- Sciences appliquées > Architecture et génie civil
- Catégorie (éditeur)
- Sciences appliquées
- BISAC Subject Heading
- TEC000000 TECHNOLOGY & ENGINEERING
- Code publique Onix
- 06 Professionnel et académique
- CLIL (Version 2013-2019 )
- 3069 TECHNIQUES ET SCIENCES APPLIQUEES
- Description public visé
- Ingénieurs
- Date de première publication du titre
- 18 décembre 2012
- Subject Scheme Identifier Code
- Classification thématique Thema: Technologie, ingénierie et agriculture, procédés industriels
- Type d'ouvrage
- Monographie
Livre broché
- Date de publication
- 18 décembre 2012
- ISBN-13
- 978-2-87558-105-1
- Ampleur
- Nombre de pages de contenu principal : 294
- Dépôt Légal
- D/2012/9964/42 Louvain-la-Neuve, Belgique
- Code interne
- 87347
- Format
- 16 x 24 x 1,7 cm
- Poids
- 476 grammes
- Prix
- 45,00 €
- ONIX XML
- Version 2.1, Version 3
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Sommaire
Dédicace...................................................................................................... i
REMERCIEMENTS ..................................................................................... i
RÉSUMÉ ..................................................................................................... i
ABSTRACT................................................................................................. ii
TABLE DES MATIÈRES ........................................................................... iii
TABLE DES FIGURES.............................................................................viii
LISTE DES TABLEAUX ........................................................................... xv
TABLE DES NOTATIONS.......................................................................xvii
LISTE DES ABRÉVIATIONS..................................................................xxiii
CHAPITRE I : INTRODUCTION.................................................................1
1.- Introduction générale.............................................................................1
2.- Objectifs.................................................................................................1
3.- Plan du travail........................................................................................2
4.- Apports originaux...................................................................................2
Première partie ...........................................................................................5
Plan de la première partie ..........................................................................6
CHAPITRE II : ÉTAT DES CONNAISSANCES SUR LES SOLS NON
SATURÉS...................................................................................................7
1.- Généralités ............................................................................................7
2.- Succion dans les sols............................................................................7
2.1- Comportement du ménisque : tension de surface ..............................7
2.2- Phénomène d'adsorption de l’eau sur les particules solides :
interaction eau-solide................................................................................10
2.3- Définition de la succion .....................................................................13
2.4- Relation succion - humidité relative...................................................15
3.- Aspects hydriques fondamentaux des sols non saturés.....................16
3.1- Courbe de rétention d’eau.................................................................16
3.2- Phénomène d’hystérésis ...................................................................18
3.3- Méthodes d’estimation ......................................................................21
3.3.1- FREDLUND et XING [1994].......................................................21
3.3.2- VAN GENUCHTEN [1980].........................................................22
3.4- Perméabilité à l’eau...........................................................................23
3.4.1- FREDLUND et al. [1994]............................................................25
3.4.2- GREEN et COREY [1971] .........................................................26
3.4.3- VAN GENUCHTEN [1980].........................................................27
4.- Comportements mécaniques fondamentaux des sols non saturés ....29
4.1- Contraintes effectives ou variables indépendantes...........................29
4.1.1- Hypothèse des contraintes effectives en sol non saturé ...........30
4.1.2- Analyse en variables indépendantes .........................................32
4.2- Déformations volumiques..................................................................33
4.3- Comportement déviatorique ..............................................................36
5.- Prise en compte de la succion dans la résistance au cisaillement .....39
6.- Conclusion...........................................................................................44
CHAPITRE III : STABILITÉ DES PENTES...............................................45
1.- Introduction..........................................................................................45
2.- Stabilité des pentes et influence de certains paramètres sur la stabilité
..................................................................................................................45
Table des matières
iv
2.1- Historique et causes des glissements de terrain en Haïti .................45
2.2- Méthodes de calcul de stabilité des pentes ......................................47
2.2.1- Facteurs de sécurité...................................................................48
2.2.2- Choix de la méthode de calcul...................................................49
2.3- Méthodes d’équilibre limite................................................................49
2.3.1- Méthodes des tranches..............................................................50
2.3.2- Méthode de FELLENIUS [1927] ................................................53
2.4- Méthodes de calcul de stabilité des pentes non saturées ................55
2.5- Méthodes de calcul de stabilité des pentes sous séismes ...............58
2.5.1- Méthodes pseudostatiques de calcul à la rupture .....................59
2.5.2- Modification de l’analyse de stabilité en tenant compte du
coefficient sismique ..............................................................................60
2.6- Méthode des éléments finis...............................................................63
3.- Conclusion...........................................................................................64
CHAPITRE IV : TECHNIQUES EXPÉRIMENTALES...............................65
1.- Introduction..........................................................................................65
2.- Méthodes Géophysiques.....................................................................65
2.1- Mesures de la résistivité électrique ...................................................65
2.1.1- Sondage électrique ....................................................................66
2.1.2- Tomographie électrique .............................................................67
2.2- Mesures de la vitesse des ondes sismiques.....................................68
2.2.1- Sismique réfraction ....................................................................69
2.2.2- Sismique MASW 1D...................................................................70
2.3- Mesures H/V......................................................................................72
2.4- Synthèse des méthodes sismiques...................................................75
3.- Techniques de contrôle et de mesure de la succion...........................75
3.1- Technique de contrôle de la succion.................................................76
3.1.1- Contrôle par plaques tensiométriques .......................................76
3.1.2- Contrôle par phase vapeur ........................................................77
3.1.3- Contrôle osmotique....................................................................78
3.1.4- Contrôle par translation d’axes ..................................................79
3.2- Technique de mesure de la succion..................................................80
3.2.1- Mesure tensiométrique de la succion ........................................80
3.2.2- Plaque de succion......................................................................81
3.2.3- Watermark..................................................................................81
3.2.4- Méthode du papier filtre .............................................................82
3.2.5- Mesure psychrométrique de la succion .....................................83
3.3- Synthèse des Techniques de la succion...........................................84
4.- Conclusion...........................................................................................85
Deuxième partie........................................................................................87
Plan de la deuxième partie .......................................................................88
CHAPITRE V : PRÉSENTATION DU SITE DE KENSCOFF-MAHOTIÈRE
..................................................................................................................89
1.- Choix du site de Kenscoff-Mahotière ..................................................89
2.- Localisation du site..............................................................................90
3.- Topographie, morphologie et climat de Kenscoff-Mahotière ..............90
4.- Géologie du site...................................................................................92
5.- Visites du site ......................................................................................94
6.- Localisation des essais .......................................................................96
Table des matières
v
7.- Délimitation de la zone du glissement.................................................97
8.- Analyse des photographies des principales zones du glissement....100
9.- Conclusion.........................................................................................106
CHAPITRE VI : RECONNAISSANCE GÉOPHYSIQUE DU SITE DE
KENSCOFF-MAHOTIÈRE .....................................................................107
1.- Introduction........................................................................................107
2.- Mesures de la résistivité électrique ...................................................107
2.1- Sondage électrique .........................................................................107
2.2- Tomographie électrique...................................................................109
3.- Mesures de la vitesse des ondes sismiques.....................................110
3.1- Sismique réfraction..........................................................................110
3.2- Profils de vitesses des ondes S, sismique MASW 1D....................112
3.3- Détermination de l’accélération maximale (PGA) ...........................114
4.- Prospection H/V.................................................................................116
5.- Interprétations croisées des essais géophysiques............................120
5.1- Profil en long P-01...........................................................................121
5.2- Profil en long P-02...........................................................................122
5.3- Profil en long P-03...........................................................................122
6.- Conclusion.........................................................................................124
CHAPITRE VII : CARACTÉRISTIQUES DES SOLS UTILISÉS ............125
1.- Introduction........................................................................................125
2.- Identifications minéralogique et chimique .........................................127
2.1- Teneur en matières organiques ......................................................127
2.2- Teneur en chaux..............................................................................127
2.3- Diffractions des rayons X ................................................................128
2.4- Capacité d’échange cationique .......................................................128
2.5- Analyse minéralogique ....................................................................130
2.6- Analyse chimique ............................................................................130
2.7- Diffraction des rayons X sur les fractions argileuses ......................131
3.- Identification physique.......................................................................134
3.1- Teneur en eau .................................................................................134
3.2- Masse volumique des grains...........................................................134
3.3- Analyse granulométrique.................................................................135
3.4- Limites d’Atterberg ..........................................................................136
4.- Caractéristiques mécaniques ............................................................138
4.1- Essai de compactage - Essai Proctor .............................................139
4.2- Essai de perméabilité ......................................................................142
4.3- Essai oedométrique saturé ..............................................................143
4.4- Essais triaxiaux saturés CU : résultats et analyse ..........................146
5.- Essais en sols non saturés................................................................153
5.1- Essai de rétention d’eau..................................................................153
5.1.1- Méthode du Watermark ...........................................................153
5.1.2- Méthode du papier filtre ...........................................................155
5.1.3- Méthode de la surpression d’air...............................................156
5.1.4- Synthèse des résultats.............................................................158
5.2- Essais triaxiaux non saturés (UU) ...................................................159
5.2.1- Description de la méthodologie................................................160
5.2.2- Densité fixe et teneur en eau variable .....................................161
5.2.2.1- Résultats des essais .............................................................162
Table des matières
vi
5.2.2.2- Interprétation des essais.......................................................165
5.2.3- Teneur en eau fixe et densité variable.....................................169
5.2.3.1- Résultats des essais .............................................................170
5.2.3.2- Interprétation des essais.......................................................173
6.- Conclusion.........................................................................................175
CHAPITRE VIII : ANALYSE NUMÉRIQUE DU GLISSEMENT
(KENSCOFF-MAHOTIÈRE) ...................................................................177
1.- Introduction........................................................................................177
2.- Présentation du logiciel GEO-SLOPE...............................................177
3.- Hypothèses de calcul ........................................................................178
4.- Cas étudiés........................................................................................180
5.- Représentation du modèle géométrique retenu................................180
6.- Modélisation dans GEO-SLOPE .......................................................182
6.1- Facteur de sécurité à partir de l’analyse de stabilité statique .........182
6.1.1- Simulation du talus sans eau dans SLOPE/W.........................183
6.1.2- Comparaison des méthodes de tranches et influence c et f ...185
6.2- Influence des profondeurs de nappe...............................................187
6.2.1- Talus de Kenscoff-Mahotière avec eau ...................................187
6.2.1.1- Modélisation du talus avec eau dans SLOPE/W..................188
6.2.1.2- Evolution et analyse du facteur de sécurité en fonction des
nappes................................................................................................190
6.2.2- Comparaison des pressions d’eau et conclusion ....................191
6.3- Influence de la succion sur la stabilité.............................................193
6.3.1- Prise en compte de la succion dans la résistance au cisaillement
et la stabilité .......................................................................................193
6.3.2- Prise en compte de l’effet de la succion dans SLOPE/W........195
6.3.2.1- Courbes de rétention dans SLOPE/W..................................196
6.3.2.2- Modélisation de la succion dans SLOPE/W .........................197
6.3.3- Analyse de la succion dans le talus et conclusion...................201
6.4- Influence de la pluviométrie sur le facteur de sécurité....................204
6.4.1- Modélisation de l’infiltration d’eau dans SEEP/W....................205
6.4.1.1- Précipitations mensuelles analysées....................................206
6.4.1.2- Prise en compte de l’infiltration dans SEEP/W.....................207
6.4.1.3- Simulation du talus dans SEEP/W........................................208
6.4.2- Simulation du talus dans SLOPE/W et conclusion ..................209
6.5- Influence de la sismicité sur le facteur de sécurité..........................212
6.5.1- Analyse de la stabilité pseudo-statique dans SLOPE/W.........212
6.5.2- Analyse des effets combinés de nappe et coefficient kh..........216
6.5.3- Analyse des effets combinés de nappe, succion et coefficient
sismique kh .........................................................................................217
6.5.4- Analyse des effets combinés de nappe, succion, pluviométrie et
coefficient sismique kh ........................................................................219
7.- Synthèse de la modélisation numérique ...........................................220
8.- Conclusion.........................................................................................222
CHAPITRE IX : CONCLUSIONS GÉNÉRALES ET PERSPECTIVES..223
1.- Synthèse............................................................................................223
2.- Contributions de cette thèse..............................................................225
3.- Perspectives de ce travail .................................................................226
ANNEXES...............................................................................................229
Table des matières
vii
Annexe I..................................................................................................230
I.1- Accélération maximale du sol (PGA)................................................230
I.2- Critères pour la fiabilité des résultats ...............................................231
I.3- Résultats des mesures H/V..............................................................232
Annexe II : Résultats des essais CU ......................................................238
Annexe III : Résultats des essais UU .....................................................244
Références bibliographiques ..................................................................251
RÉFÉRENCES .......................................................................................252