quelles sont les causes de la rupture de pente ?
L'instabilité du sol est l'inclinaison du sol pour un mouvement vers le haut, latéral ou vers le bas en raison de facteurs naturels tels que la pression de l'eau interstitielle, la fissuration, les tremblements de terre, etc.
Il est essentiel de comprendre les facteurs qui causent l'instabilité des pentes pour deux raisons. Premièrement, pour la construction et la conception de nouvelles pentes, et deuxièmement, pour réparer les anciennes pentes qui échouent avant leur durée de vie prévue.
Lors de la conception d'une nouvelle pente, il est important d'anticiper les modifications des propriétés chimiques et mécaniques du sol dans la pente. Ces modifications se développent généralement avec le temps dans des conditions de chargement et d'infiltration différentes et peuvent affecter la stabilité de la pente à long terme.
Pour réparer les pentes qui échouent avant leur durée de vie prévue, il est crucial de reconnaître les situations et les composants qui ont conduit à la panne, afin que la stabilité de ces pentes puisse être maintenue et que les pannes puissent être évitées à l'avenir.
Cet article décrit les différentes raisons qui conduisent à des ruptures de pente.
Raisons de la rupture de pente
Le critère de base pour obtenir une pente stable est de s'assurer que la résistance au cisaillement du sol est supérieure à la contrainte de cisaillement qui peut provoquer la rupture. Si cette exigence de base n'est pas remplie, la pente peut devenir instable et échouer.
Voici les façons qui peuvent affecter la stabilité des pentes:
- La diminution de la résistance au cisaillement du sol.
- L'augmentation de la contrainte de cisaillement qui provoque finalement la rupture du sol.
1. Diminution de la résistance au cisaillement du sol
Plusieurs facteurs peuvent entraîner une diminution de la résistance au cisaillement du sol. Les facteurs suivants sont particulièrement importants en ce qui concerne la stabilité des pentes.
1.1 Augmentation de la pression de l'eau interstitielle
L'augmentation fréquente de la nappe phréatique et les suintements ascendants, résultant de pluies exceptionnellement fortes, sont les raisons les plus courantes de l'augmentation de la pression interstitielle. En conséquence, les contraintes efficaces associées diminuent avec l'augmentation de la pression interstitielle de l'eau.
Plus important encore, la perméabilité du sol détermine le temps nécessaire pour une décharge efficace de la pression interstitielle.Ainsi, pour les sols hautement perméables, les modifications des conditions des eaux souterraines peuvent se produire rapidement, tandis que, pour les sols à faible perméabilité, les modifications sont lentes.
La plupart des sols argileux ont un indice de perméabilité très faible. Ainsi, le changement de la résistance au cisaillement des sols argileux détermine la stabilité à long terme de la pente tandis que dans le cas des sols sableux, la stabilité à court terme doit être évaluée.
1.2 Fissuration
Les ruptures de talus sont souvent précédées de l'avancement de fractures à travers le sol près de la crête de la pente. Ces fractures apparaissent comme le résultat d'une tension du sol à la surface du sol qui va au-delà de la résistance à la traction du sol. Par conséquent, à mesure que la résistance à la traction du sol diminue, la résistance au cisaillement sur le plan de la fissure diminue également.
1.3 Gonflement
L'argile hautement plastique et sur-consolidée gonfle facilement lorsqu'elle entre en contact avec l'eau. Un exemple classique pour délimiter une défaillance due au gonflement peut être tiré d'un cas à Houston, au Texas, où les remblais d'autoroute construits avec des argiles compactées extrêmement plastiques ont échoué après dix ans en raison du gonflement et de la perte de résistance au cisaillement.
1.4 Décomposition des remblais argileux
L'argile et les schistes comme matériau de remplissage dans les joints rocheux peuvent être utilisés en les brisant en morceaux pour former une roche saine qui peut être relativement stable après compactage. Cependant, avec le temps, lorsque le remblai compacté entre en contact avec les eaux souterraines ou les eaux d'infiltration, la désintégration du remblai compacté peut entraîner la formation de blocs de particules d'argile.
Ces morceaux de particules argileuses gonflent ensuite dans les espaces ouverts à l'intérieur du remblai, provoquant une réduction de la résistance au cisaillement du sol et rendant le remblai instable.
1.5 Fluage
Sous charge soutenue, les argiles hautement plastiques subissent une déformation constante. Par conséquent, après une certaine période, les argiles peuvent finalement échouer, même à de faibles contraintes de cisaillement.
L'impact du fluage est aggravé sous des charges cycliques telles que des conditions de congélation, de décongélation, de mouillage et de séchage. Lorsque ces conditions cycliquement différentes sont à leurs extrêmes défavorables, le mouvement du sol à l'intérieur de la pente a lieu dans la direction descendante. Par conséquent, à long terme, un mouvement de pente descendante peut se développer qui aboutit finalement à l'échec de la pente le long du plan critique.
1.6 Lixiviation
Au fur et à mesure que l'eau s'infiltre à travers les vides du sol, les propriétés chimiques et mécaniques du sol commencent à subir des modifications. Ce processus est connu sous le nom de lixiviation.
Dans le cas des argiles marines, le lessivage joue un rôle important car il contribue au développement de conditions d'argile rapide, et ces argiles n'ont significativement aucune résistance lorsqu'elles sont perturbées.
1.7 Adoucissement des souches
Le phénomène de ramollissement des souches est associé aux sols cassants. Dans une courbe contrainte-déformation de sols fragiles, lorsque la contrainte critique atteint le sommet, la résistance au cisaillement des sols fragiles diminue avec une déformation plus constante. Ce type de comportement contrainte-déformation crée une rupture progressive, créant ainsi un chemin pour la rupture de pente.
1.8 Vieillissement
Le processus dans lequel les roches et les sols perdent leur résistance en raison des modifications des propriétés physiques, chimiques et mécaniques par des agents externes tels que l'eau, le vent, les changements de température, etc. est connu sous le nom de vieillissement.
Les intempéries réduisent considérablement la résistance au cisaillement du sol. Dans le pire des cas, les intempéries peuvent modifier toute la structure des roches et du sol, transformant une pente forte et stable en une pente instable.
1.9 Chargement cyclique
Sous l'impact de charges cycliques, la liaison entre les particules de sol peut se rompre et la pression interstitielle de l'eau peut augmenter, entraînant une perte de résistance. Le sol meuble peut être saturé en raison de l'augmentation de la pression interstitielle et perdre toute sa résistance sous une charge cyclique à cause de la liquéfaction.
2. Augmentation de la contrainte de cisaillement du sol
Même si la résistance au cisaillement du sol reste intacte, la modification de la contrainte de cisaillement due à une augmentation de la charge peut déstabiliser les pentes.
Les facteurs par lesquels les contraintes de cisaillement peuvent être augmentées sont discutés ci-dessous:
2.1 Charges au sommet de la pente
Si le sol en haut d'une pente est chargé, la contrainte de cisaillement nécessaire à l'équilibre de la pente sera plus importante. Si les charges sont tenues à l'écart de la crête de la pente, il serait possible d'empêcher l'augmentation des contraintes de cisaillement.
2.2 Pression de l'eau dans les fractures
Une pente peut devenir instable si les fractures en haut d'une pente sont remplies d'eau. La pression créée par l'eau dans les fractures charge le sol et augmente les contraintes de cisaillement. Si les fissures restent remplies d'eau pour que l'infiltration s'établisse vers la face de la pente, la pression interstitielle de l'eau dans le sol augmentera, conduisant à une condition encore pire.
2.3 En raison d'une augmentation du poids du sol
L'infiltration dans le sol à l'intérieur d'une pente peut augmenter la teneur en eau du sol, augmentant ainsi son poids. Si cette augmentation de poids est considérable, notamment avec la combinaison d'autres forces, elle peut conduire à une rupture de pente.
2.4 Excavation
L'excavation qui rend une pente plus raide augmentera la contrainte de cisaillement dans le sol à l'intérieur de la pente et réduira la stabilité. La désintégration du sol par un ruisseau à la base d'une pente a le même résultat.
2.5 Baisse du niveau d'eau à la base d'une pente
La pression externe de l'eau agissant sur la face de la pente fournit un résultat stabilisant. Au contraire, la pente deviendra instable si la teneur en eau diminue en augmentant la contrainte de cisaillement.
Lorsque ce niveau baisse rapidement et que les pressions interstitielles à l'intérieur de la pente ne sont pas réduites en fonction de la baisse du niveau d'eau à l'extérieur, la pente sera moins stable. Ce phénomène est connu sous le nom de condition de rabattement rapide et est important pour la conception de pentes partiellement submergées.
2.6 Tremblements de terre
En cas de séisme, les pentes sont soumises à des vitesses verticales et horizontales qui se traduisent par des variations cycliques des contraintes au sein de la pente. Cela les augmente au-dessus de leurs valeurs statiques pendant de brèves durées, durant des secondes ou des fractions de seconde. Même si les secousses n'entraînent aucune modification de la résistance du sol, la stabilité de la pente diminuera pendant ces instants rapides où les forces dynamiques agissent dans des directions défavorables.
