Dimensionnement et Stabilisation d’un Talus Paysager

Cas Pratique : Talus Paysager

Dimensionnement et Stabilisation d'un Talus Paysager

Contexte : Le Façonnage et la Stabilisation de Terrain.

Un propriétaire souhaite aménager un talusUn ouvrage en terre, généralement incliné, destiné à raccorder deux surfaces de niveaux différents. Sa stabilité est un enjeu majeur en terrassement. paysager pour rattraper une différence de niveau de 2 mètres sur une longueur de 15 mètres en limite de sa propriété. Le sol disponible pour le remblai est un limon sableux. Ce cas pratique nous permettra d'aborder les calculs fondamentaux de volume, de géométrie et de stabilité d'un ouvrage en terre simple.

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous guidera à travers les étapes essentielles de la conception d'un petit ouvrage de terrassement, de l'estimation des volumes de terre à la vérification de sa stabilité à court terme, en introduisant des notions de base de la géotechnique.


Objectifs Pédagogiques

  • Calculer le volume de remblai nécessaire pour la création du talus.
  • Déterminer l'emprise au sol (la base) du talus en fonction d'une pente définie.
  • Comparer l'angle de la pente à l'angle de frottement internePropriété d'un sol qui mesure sa résistance au cisaillement. Un angle élevé indique un sol plus stable qui peut tenir sur des pentes plus fortes. du sol.
  • Évaluer la poussée des terresLa force exercée par un massif de terre sur un ouvrage de soutènement (mur, écran...). Elle est dite 'active' lorsque le mur peut légèrement se déplacer. sur un petit muret de soutènement.
  • Vérifier la stabilité du talus au glissement à l'aide d'un coefficient de sécuritéRapport entre les forces résistantes (qui retiennent) et les forces motrices (qui poussent au glissement). Une valeur supérieure à 1 est nécessaire pour la stabilité..

Données de l'étude

Le projet consiste en la réalisation d'un remblai homogène pour former un talus rectiligne.

Fiche Technique du Projet
Caractéristique Valeur
Type de projet Aménagement paysager
Ouvrage Talus en remblai
Matériau Limon sableux
Schéma de principe du talus (vue en coupe)
Base (B) = ? Hauteur (H) α Terrain Naturel
Paramètre Géotechnique Symbole Valeur Unité
Hauteur du talus H 2.0 m
Longueur du talus L 15.0 m
Poids volumique du sol γ 18 kN/m³
Angle de frottement interne φ' 28 ° (degrés)
Cohésion du sol c' 0 kPa

Questions à traiter

  1. Calculer le volume de remblai (V) nécessaire pour réaliser ce talus, en adoptant une pente de 2V/3H (rapport hauteur/base de 2/3).
  2. Quelle est la largeur de la base (B) du talus correspondant à cette pente ?
  3. Calculer l'angle de la pente (α) en degrés. Cet angle est-il inférieur à l'angle de frottement interne (φ') ?
  4. Calculer la poussée des terres active (Pa) s'exerçant sur un petit muret de soutènement de 0.8 m de haut qui serait placé en pied de talus (on utilisera la méthode de Rankine).
  5. Vérifier la stabilité du talus en calculant le coefficient de sécurité au glissement (FS) avec la formule simplifiée : FS = tan(φ') / tan(α). Conclure.

Les bases du terrassement et de la géotechnique

Pour résoudre cet exercice, nous aurons besoin de quelques notions fondamentales en géométrie et en mécanique des sols.

1. Volume d'un prisme droit
Le talus peut être assimilé à un prisme droit à base triangulaire. Son volume est simplement le produit de l'aire de sa section (le triangle) par sa longueur. \[ V = A_{\text{triangle}} \times L = \left( \frac{1}{2} \times B \times H \right) \times L \]

2. Poussée des terres (Rankine)
Un massif de sol exerce une poussée sur tout ce qui le retient. La théorie de Rankine (pour un sol sans cohésion et une surface libre horizontale) permet de calculer la force de poussée active (Pa) par mètre linéaire de mur : \[ P_a = \frac{1}{2} K_a \gamma h^2 \quad \text{avec} \quad K_a = \tan^2\left(45^\circ - \frac{\phi'}{2}\right) \]


Correction : Dimensionnement et Stabilisation d'un Talus Paysager

Question 1 : Calculer le volume de remblai (V)

Principe (le concept physique)

Pour déterminer le volume de matière nécessaire pour construire le talus, nous le modélisons comme une forme géométrique simple : un prisme. L'idée est de calculer la surface de sa section transversale (un triangle) puis de "l'extruder" sur toute sa longueur. C'est le même principe que de calculer le volume d'une tranche de pain puis de le multiplier par le nombre de tranches pour avoir le volume de la miche.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Le volume d'un prisme droit est défini comme le produit de l'aire de sa base (la figure géométrique qui se répète) par sa hauteur (ici, la longueur de l'ouvrage). Dans notre cas, la "base" du prisme est le triangle de la section du talus, et sa "hauteur" est la longueur L du talus.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Face à un problème de volume, la première étape est toujours d'identifier et de calculer la surface de la section transversale. Une erreur sur cette surface se répercutera directement et sera amplifiée dans le calcul du volume final. Assurez-vous que les dimensions de cette section (ici, la base B et la hauteur H) sont correctes avant de continuer.

Normes (la référence réglementaire)

En terrassement, le calcul des volumes est une étape clé régie par des fascicules techniques. Bien que ce calcul soit purement géométrique, les normes comme le GTR (Guide des Terrassements Routiers) en France sont cruciales pour classifier les sols et déterminer leur aptitude au remblaiement, ainsi que leur taux de foisonnement (le fait que la terre prend plus de volume une fois extraite).

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule de la pente

\[ p = \frac{H}{B} \]

Formule du volume du prisme

\[ V = \left( \frac{1}{2} \times B \times H \right) \times L \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • Le talus est un prisme droit parfait à section triangulaire constante.
  • Le terrain naturel en pied et en tête de talus est parfaitement horizontal.
  • Le volume calculé est le volume "en place", sans tenir compte du foisonnement ou du tassement futur.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Hauteur du talusH2.0m
Longueur du talusL15.0m
Pente (rapport V/H)p2/3sans unité
Astuces (Pour aller plus vite)

Une pente de "2V pour 3H" signifie simplement que la base est 1.5 fois plus grande que la hauteur (B = 3/2 * H). C'est un raccourci mental pratique pour rapidement estimer l'emprise au sol d'un talus sans poser le calcul formel.

Schéma (Avant les calculs)
Vue en coupe du talus
Base (B)Hauteur (H)
Calcul(s) (l'application numérique)

Étape 1 : Calcul de la base (B)

\[ \begin{aligned} B &= \frac{3 \times H}{2} \\ &= \frac{3 \times 2.0 \, \text{m}}{2} \\ &= 3.0 \, \text{m} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul de l'aire de la section (A)

\[ \begin{aligned} A &= \frac{1}{2} \times B \times H \\ &= \frac{1}{2} \times 3.0 \, \text{m} \times 2.0 \, \text{m} \\ &= 3.0 \, \text{m}^2 \end{aligned} \]

Étape 3 : Calcul du volume total (V)

\[ \begin{aligned} V &= A \times L \\ &= 3.0 \, \text{m}^2 \times 15.0 \, \text{m} \\ &= 45.0 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Vue 3D du prisme de remblai
L = 15.0 mB = 3.0 mH = 2.0 mV = 45 m³
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Un volume de 45 m³ représente environ 4 à 5 camions-bennes de 10 m³ de terre. Il faut aussi prévoir un volume de terre à commander supérieur (environ 55-60 m³) pour tenir compte du foisonnement, c'est-à-dire le fait que la terre extraite d'une carrière est moins dense que la terre compactée dans le talus.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

La principale erreur est d'inverser la pente (calculer B = 2/3 * H au lieu de B = 3/2 * H). Une autre erreur commune est d'oublier le facteur 1/2 dans la formule de l'aire du triangle, ce qui doublerait le volume final.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
  • La pente est une ratio (Vertical/Horizontal).
  • Le volume d'une forme linéaire est l'aire de sa section multipliée par sa longueur.
  • Toujours s'assurer de la cohérence des unités avant le calcul final.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Le "foisonnement" d'un sol est sa capacité à augmenter de volume lorsqu'il est extrait et remanié. Un mètre cube de limon en place peut représenter 1.25 m³ une fois dans le godet d'une pelle. Ce facteur est essentiel pour commander les bonnes quantités de matériaux.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
Le volume de remblai nécessaire pour créer le talus est de 45 m³.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Quel serait le volume si la pente était plus douce, par exemple 1V/2H (rapport 1/2) ?

Question 2 : Déterminer la largeur de la base (B)

Principe (le concept physique)

La base d'un talus n'est pas une dimension arbitraire ; elle est la conséquence directe de deux paramètres : la hauteur à franchir et la pente choisie. Ce calcul permet de matérialiser l'emprise au sol de l'ouvrage, c'est-à-dire l'espace qu'il occupera sur le terrain.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La pente d'un talus est le principal paramètre de conception. Elle peut être exprimée de plusieurs manières :
- En ratio H/B : ex. 2/3 (pour 3m horizontal, on monte de 2m). C'est la méthode la plus courante en terrassement.
- En pourcentage : (H/B) * 100. Une pente de 2/3 correspond à 66.7%.
- En angle : α = arctan(H/B). Une pente de 2/3 correspond à 33.7°.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Avant tout, assurez-vous de bien comprendre le ratio de pente. "2V/3H" est une notation qui signifie 2 unités à la Verticale pour 3 unités à l'Horizontale. Le calcul de la base découle directement de la manipulation de cette fraction simple.

Normes (la référence réglementaire)

Les plans d'urbanisme (PLU en France) ou les règles de construction peuvent imposer des retraits par rapport aux limites de propriété. Le calcul de la base est donc une étape obligatoire pour vérifier que l'emprise du talus ne dépasse pas les limites constructibles autorisées.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule de la base en fonction de la pente

\[ B = \frac{H}{\text{Pente}} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • La hauteur H est constante sur toute la longueur du talus.
  • La pente est uniforme du pied à la tête du talus.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
HauteurH2.0m
Pentep2/3-
Astuces (Pour aller plus vite)

Pour une pente V/H, la base B est simplement H multiplié par l'inverse de la pente. Pour 2/3, l'inverse est 3/2 = 1.5. Donc B = H * 1.5. C'est très rapide à calculer de tête.

Schéma (Avant les calculs)
Relation Pente / Dimensions
Base (B) = ?H = 2.0 mPente = 2V / 3H
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de la base (B)

\[ \begin{aligned} B &= \frac{3 \times H}{2} \\ &= \frac{3 \times 2.0 \, \text{m}}{2} \\ &= 3.0 \, \text{m} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Dimensions Finales de la Section
Base = 3.0 mH = 2.0 m
Réflexions (l'interprétation du résultat)

La largeur de la base est une dimension cruciale. Elle détermine l'emprise au sol de l'ouvrage. Une pente plus faible (par exemple 1V/3H) aurait nécessité une base plus large (6m), et donc plus de terrain et plus de volume de terre, tandis qu'une pente plus forte (1V/1H) aurait réduit l'emprise (B=2m) mais posé des problèmes de stabilité bien plus graves.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Ne pas confondre la pente (sans unité) et l'angle (en degrés). Ne pas inverser le ratio H/B. Une erreur ici fausse non seulement le volume mais aussi toute l'analyse de stabilité qui suit.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La base d'un talus est une conséquence directe de la hauteur et de la pente : B = H / Pente. C'est une relation fondamentale en terrassement.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les ingénieurs romains, pour leurs routes, évitaient les remblais trop hauts. Ils préféraient suivre les lignes de terrain ou creuser des déblais. La maîtrise des grands talus stables est une avancée bien plus récente, liée à la compréhension de la mécanique des sols.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La largeur de la base (B) du talus est de 3.0 mètres.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Quelle serait la base (B) pour une hauteur de 2.5 m et une pente de 1V/2H ?

Question 3 : Calculer l'angle de la pente (α) et comparer

Principe (le concept physique)

L'angle de frottement interne (φ') est l'angle maximal auquel un matériau granulaire peut tenir naturellement (pensez à un tas de sable). L'angle de notre talus (α) est celui que nous imposons par la construction. Pour que le talus soit stable, l'angle que nous créons doit impérativement être inférieur à l'angle que le matériau peut supporter naturellement. C'est le premier critère fondamental de stabilité.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

En trigonométrie, dans un triangle rectangle, la tangente d'un angle est le rapport du côté opposé sur le côté adjacent. Ici, tan(α) = H / B. Pour trouver l'angle α, on utilise la fonction réciproque, l'arc tangente (notée arctan ou tan⁻¹). L'angle de frottement φ' est une caractéristique intrinsèque du sol, mesurée en laboratoire (essai de cisaillement), qui quantifie les forces de friction entre les grains.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Cette comparaison est le "test de réalité" de votre conception. Avant même de faire des calculs de sécurité complexes, si α > φ', votre projet est physiquement irréalisable sans renforcement. C'est une vérification simple mais essentielle à faire dès le début.

Normes (la référence réglementaire)

Les normes géotechniques comme l'Eurocode 7 ne se contentent pas de cette simple comparaison. Elles introduisent des facteurs de sécurité sur les propriétés du sol (on utilise une valeur de tan(φ') réduite dans les calculs) pour tenir compte des incertitudes, ce qui rend les exigences encore plus strictes.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule de l'angle

\[ \alpha = \arctan\left(\frac{H}{B}\right) \]

Critère de stabilité

\[ \alpha < \phi' \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • Le sol est considéré "pulvérulent", c'est-à-dire que sa cohésion est nulle (c'=0). S'il y avait de la cohésion (argile), le talus pourrait tenir à un angle supérieur à φ'.
  • Les valeurs de H et B sont exactes.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Base du talusB3.0m
Hauteur du talusH2.0m
Angle de frottementφ'28°
Astuces (Pour aller plus vite)

Pas besoin de calculatrice pour une première estimation : si H est plus petit que B, l'angle sera inférieur à 45°. Si H est plus grand que B, l'angle sera supérieur à 45°. Ici H=2 et B=3, donc on sait que α < 45°.

Schéma (Avant les calculs)
Angle α à déterminer
Base = 3.0 mH = 2.0 mα = ?
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de l'angle (α)

\[ \begin{aligned} \alpha & = \arctan\left(\frac{2.0}{3.0}\right) \\ & = \arctan(0.667) \\ & \approx 33.7^\circ \end{aligned} \]

Comparaison

α (33.7°) > φ' (28°) \(\Rightarrow \text{INSTABLE}\)

Schéma (Après les calculs)
Comparaison des Angles
Pente du projet (α ≈ 33.7°)Pente stable max (φ' = 28°)ZONE INSTABLEαφ'
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Attention ! Le fait que l'angle de la pente soit SUPÉRIEUR à l'angle de frottement interne est un signal d'alarme majeur. En théorie, pour un sol purement frottant (sans cohésion), le talus ne devrait pas tenir. Cela indique une instabilité potentielle qui sera confirmée par le calcul du coefficient de sécurité.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Assurez-vous que votre calculatrice est bien en mode DEGRÉS et non en radians, c'est l'erreur la plus fréquente en trigonométrie appliquée. Une autre erreur est de comparer directement la pente (0.667) avec l'angle (28°), ce qui n'a aucun sens.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

Pour un sol sans cohésion, la condition primordiale de stabilité est que l'angle de la pente construite (α) doit être inférieur à l'angle de frottement interne du matériau (φ'). C'est un concept non négociable.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

L'angle de frottement interne est aussi appelé "angle de talus naturel" ou "angle de repos". C'est l'angle que prend spontanément un tas de matériau granulaire (sable, gravier, sucre en poudre...) lorsqu'on le verse sur une surface plane.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
L'angle de la pente est α ≈ 33.7°. Cette valeur est supérieure à l'angle de frottement interne du sol (φ' = 28°), ce qui indique un risque élevé d'instabilité.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Pour être stable, la pente du talus (α) doit être inférieure à 28°. Quelle serait la base minimale (B) pour respecter cette condition ? (Indice: B = H / tan(28°))

Question 4 : Calculer la poussée des terres active (Pa)

Principe (le concept physique)

Un massif de sol pèse et se comporte un peu comme un fluide, il exerce donc une pression latérale sur tout ce qui le retient. Cette pression augmente avec la profondeur. La "poussée active" est la force résultante de cette pression lorsque l'obstacle (le muret) peut légèrement bouger en s'éloignant du sol, ce qui permet au sol de se "détendre" et de mobiliser sa résistance interne.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La théorie de Rankine est une méthode pour calculer cette poussée. Elle introduit un coefficient, Ka (coefficient de poussée active), qui dépend de l'angle de frottement φ'. Ce Ka est un nombre sans dimension, inférieur à 1, qui transforme la pression verticale (due au poids des terres, γh) en pression horizontale. La force de poussée Pa (en kN/m) est l'aire du diagramme triangulaire de cette pression horizontale.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

La plus grande difficulté ici est de bien identifier les variables. La poussée ne dépend pas de la géométrie du talus derrière, mais uniquement de la hauteur de l'obstacle (h = 0.8 m) et des caractéristiques du sol (γ et φ'). Ne mélangez pas H (hauteur du talus) et h (hauteur du mur).

Normes (la référence réglementaire)

L'Eurocode 7 (Calcul géotechnique) est la norme de référence en Europe pour le calcul des ouvrages de soutènement. Il fournit des méthodes de calcul détaillées (comme Rankine ou Coulomb) et impose l'application de facteurs de sécurité partiels sur les actions (poussée) et les résistances (du sol, du mur).

Formule(s) (l'outil mathématique)

Coefficient de poussée active

\[ K_a = \tan^2\left(45^\circ - \frac{\phi'}{2}\right) \]

Force de poussée active

\[ P_a = \frac{1}{2} K_a \gamma h^2 \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • La surface du remblai derrière le muret est horizontale.
  • Le muret est vertical et parfaitement lisse (pas de frottement sol-mur).
  • Le sol est homogène et sans cohésion.
  • Le muret peut se déplacer suffisamment pour atteindre l'état "actif".
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Hauteur du mureth0.8m
Poids volumique du solγ18kN/m³
Angle de frottementφ'28°
Astuces (Pour aller plus vite)

Le calcul de Ka est souvent la première étape. Mémorisez ou notez la valeur de Ka pour les angles courants (30°, 35°...) pour gagner du temps lors de pré-dimensionnements rapides.

Schéma (Avant les calculs)
Diagramme de Pression sur le Muret
Mureth = 0.8 mPressionσ'h = Ka·γ·h
Calcul(s) (l'application numérique)

Étape 1 : Calcul du coefficient de poussée active (Ka)

\[ \begin{aligned} K_a &= \tan^2\left(45^\circ - \frac{28^\circ}{2}\right) \\ &= \tan^2(45^\circ - 14^\circ) \\ &= \tan^2(31^\circ) \\ &\approx (0.6008)^2 \\ &\approx 0.361 \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul de la force de poussée (Pa)

\[ \begin{aligned} P_a &= \frac{1}{2} \times 0.361 \times 18 \, \text{kN/m}^3 \times (0.8 \, \text{m})^2 \\ &= 0.5 \times 0.361 \times 18 \times 0.64 \\ &\approx 2.08 \, \text{kN/m} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Force de Poussée Résultante
Pa ≈ 2.08 kN/mh/3
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Cette force de 2.08 kN (environ 208 kg-force) s'applique sur chaque mètre de longueur du muret. Elle n'est pas appliquée au milieu, mais au tiers inférieur de la hauteur (car la pression est triangulaire), ce qui a tendance à faire basculer (renverser) le mur. Le poids propre du mur doit être suffisant pour s'opposer à cette poussée.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur classique est d'oublier de mettre la hauteur au carré dans la formule de Pa. Une autre est d'utiliser la hauteur totale du talus (H) au lieu de la hauteur du mur (h). Enfin, assurez-vous que les unités sont cohérentes (kN et m).

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
  • La poussée des terres dépend des caractéristiques du sol (γ, φ') et de la hauteur du soutènement (h).
  • Le coefficient Ka traduit la conversion de la pression verticale en pression horizontale.
  • La force résultante Pa est l'aire du diagramme de pression.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Il existe aussi une "poussée au repos" (Ko) et une "poussée passive" (Kp). La poussée passive, qui se produit quand on pousse un mur contre le sol, est beaucoup plus grande que la poussée active. C'est sur ce principe que s'appuient les fondations profondes pour leur stabilité.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La poussée des terres active sur le muret est d'environ 2.08 kN par mètre linéaire.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Recalculez la poussée Pa si le muret faisait 1.0 m de haut.

Question 5 : Calculer le coefficient de sécurité (FS)

Principe (le concept physique)

Le coefficient de sécurité est le baromètre de la stabilité. Il compare les forces qui s'opposent au glissement (la résistance au frottement du sol) aux forces qui provoquent le glissement (la composante du poids du sol parallèle à la pente). Si la résistance est supérieure à la force motrice, le coefficient est supérieur à 1 et le talus est stable. Si c'est l'inverse, il est inférieur à 1 et le talus s'effondre.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Pour un talus "infini" (assez long pour que les effets de bord soient négligeables) et un sol sans cohésion, l'analyse de stabilité se simplifie grandement. La force motrice est proportionnelle à sin(α) et la force résistante à cos(α)tan(φ'). Le rapport des deux donne FS = tan(φ') / tan(α). C'est la méthode la plus simple pour évaluer la stabilité d'un versant.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Le résultat de ce calcul doit toujours être interprété. Un FS de 1.1 est mathématiquement stable, mais en ingénierie, ce n'est pas suffisant car les propriétés du sol peuvent varier ou de l'eau peut s'infiltrer. On exige une marge de sécurité : typiquement, un FS de 1.3 à 1.5 est un minimum pour des ouvrages permanents.

Normes (la référence réglementaire)

L'Eurocode 7 exige des coefficients de sécurité minimaux pour la stabilité des pentes, qui varient selon les approches de calcul et la criticité de l'ouvrage. Pour des calculs simples, un FS de 1.5 est une cible courante et conservatrice.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule du coefficient de sécurité

\[ FS = \frac{\text{Résistance au cisaillement}}{\text{Contrainte de cisaillement}} \approx \frac{\tan(\phi')}{\tan(\alpha)} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • La surface de rupture potentielle est un plan parallèle à la surface du talus.
  • Le sol est homogène, isotrope et sans cohésion.
  • Il n'y a pas d'écoulement d'eau dans le talus (la présence d'eau réduit la stabilité).
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Angle de frottementφ'28°
Angle de la penteα33.7°
Astuces (Pour aller plus vite)

Dès que vous avez comparé α et φ' à la question 3, vous connaissez déjà le résultat. Si α < φ', alors tan(α) < tan(φ'), et donc FS > 1. Si α > φ', alors tan(α) > tan(φ'), et donc FS < 1. Le calcul ne fait que quantifier cette observation.

Schéma (Avant les calculs)
Forces sur une tranche de sol
Poids (W)Force Motrice (T)Force Résistante (R)
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul du coefficient de sécurité (FS)

\[ \begin{aligned} FS & = \frac{\tan(28^\circ)}{\tan(33.7^\circ)} \\ & = \frac{0.5317}{0.667} \\ & \approx 0.797 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Jauge de Stabilité
0.0FS=1.0FS=1.50.80
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Un coefficient de sécurité de 0.80 confirme l'instabilité du projet. Il ne s'agit pas d'une "petite" instabilité ; les forces qui poussent le talus à glisser sont environ 25% plus grandes que les forces qui le retiennent (1 / 0.8 = 1.25). La conception doit être revue en profondeur, en adoucissant la pente jusqu'à ce que FS soit au moins de 1.3.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)
Le résultat est sans appel : FS < 1. Cela signifie que les forces motrices sont supérieures aux forces résistantes. Le talus, tel que défini avec une pente de 33.7°, est théoriquement instable et s'effondrerait pour atteindre une pente plus faible, proche de son angle de talus naturel (28°).

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

Le coefficient de sécurité est l'indicateur ultime de la stabilité. Sa formule de base pour un sol sans cohésion est FS = tan(φ') / tan(α). Un projet n'est viable que si FS est largement supérieur à 1.0 (typiquement FS ≥ 1.3-1.5).

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Des logiciels de calcul géotechnique (utilisant la "méthode des tranches" ou les "éléments finis") permettent de calculer le FS pour des géométries complexes, des sols en plusieurs couches et en présence d'eau. Le principe reste le même : comparer les résistances aux actions.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
Le coefficient de sécurité au glissement est FS ≈ 0.80. Le talus est instable et n'est pas réalisable en l'état.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Quel serait le FS si on utilisait un meilleur matériau, un sable graveleux avec φ' = 35° ?


Outil Interactif : Stabilité du Talus

Utilisez cet outil pour voir comment la hauteur du talus et les propriétés du sol influencent le coefficient de sécurité. La pente est fixée à 2V/3H (α = 33.7°).

Paramètres d'Entrée
2.0 m
28 °
Résultats Clés
Base du talus (B) - m
Volume de remblai (V) - m³
Coefficient de Sécurité (FS) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Qu'est-ce que l'angle de frottement interne (φ') d'un sol représente principalement ?

2. Si l'angle de frottement d'un sol augmente, la poussée active qu'il exerce sur un mur...

3. Un coefficient de sécurité au glissement de 0.8 signifie que le talus est :

4. Quelle est la solution la plus simple pour rendre stable un talus trop pentu ?

5. Si on double la hauteur (H) d'un talus en gardant la même pente, son volume est multiplié par :


Glossaire du Terrassement

Talus
Un ouvrage en terre, généralement incliné, destiné à raccorder deux surfaces de niveaux différents. Sa stabilité est un enjeu majeur en terrassement.
Angle de frottement interne (φ' ou phi)
Propriété intrinsèque d'un sol qui mesure sa résistance au cisaillement (au glissement des grains les uns sur les autres). Un angle élevé indique un sol plus stable qui peut tenir sur des pentes plus fortes.
Poussée des terres
La force exercée par un massif de terre sur un ouvrage de soutènement (mur, écran...). Elle est dite 'active' lorsque le mur peut légèrement se déplacer, mobilisant ainsi la résistance du sol.
Coefficient de sécurité (FS)
Rapport entre les forces résistantes (qui retiennent) et les forces motrices (qui poussent au glissement). Une valeur supérieure à 1 est nécessaire pour la stabilité ; en pratique, on vise des valeurs de 1.3 à 1.5 ou plus.
Géotextile
Un matériau textile synthétique utilisé en génie civil pour séparer, filtrer, renforcer, protéger ou drainer. Dans un talus, il peut aider à le renforcer et à prévenir l'érosion.
Cas Pratique : Dimensionnement et Stabilisation d'un Talus Paysager

D’autres exercices de Stabilisation du terrain:

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