Comportement sismique des murs de soutènement de talus en pierre sèche

Seismic behaviour of slope dry stone retaining walls

• Auteur / Autrice : Nathanaël Savalle
• Direction : Eric Vincens, Stéphane Hans
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 09/10/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Emeriault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Vincens, Stéphane Hans, Paulo B. Lourenço, Anne-Sophie Colas, Frédéric Dubois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Emeriault, Sylvie Yotte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Murs de soutènement

Constructions en pierres sèches

Mots clés libres

Maçonnerie

Pseudo-statique

Méthode aux Éléments Discrets

Table vibrante

Essais d’inclinaison

Simulations dynamiques

Méthode analytique

Masonry

Discrete-Element-Method

Analytical approach

Dynamic simulations

Coulomb’s wedge

Tilting tests

Shaking-table tests

Pseudo-static

Résumé

Les Murs de Soutènement de talus en Pierre Sèche (MSPS) font partie du petit patrimoine vernaculaire. Ces soutènements gravitaires sont faits de pierres brutes assemblées sans liant. On en retrouve en grande quantité dans toutes les régions du monde, là où la ressource pierre est naturellement présente. Ces MSPS, souvent âgés de plus d’un siècle nécessitent aujourd’hui d’importantes rénovations, alors même qu’ils possèdent un rôle économique clé (agriculture, transports, tourisme). De plus, on assiste à un regain d’intérêt pour ces ouvrages dans la société actuelle, du fait de leur pertinence vis-à-vis des enjeux posés par le Développement Durable. Cependant, l’absence de règlementation constitue un frein au développement de la filière. En France, des Règles Professionnelles permettant le dimensionnement statique des MSPS de talus ont récemment vu le jour. Pour compléter cette démarche de dimensionnement, ce travail s’attache à comprendre le comportement sismique des MSPS, dans le but de proposer des recommandations. Pour cela, une méthode analytique pseudo-statique a été développée, suivant ainsi la démarche simplifiée proposée par l’Eurocode 8 pour l’étude sismique des murs de soutènement. L’approche intègre les spécificités de la pierre sèche, basées sur les précédentes études ainsi que sur des essais expérimentaux et numériques réalisés au cours de cette thèse. Cette méthode analytique a été validée sur la base d’essais pseudo-statiques sur des modèles réduits de MSPS et sur la base d’essais statiques sur des MSPS réels issus de la littérature. Des simulations numériques dynamiques basées sur une approche mixte discrète-continue ont permis de quantifier le surplus de résistance d’unMSPS par rapport à celle donnée par la méthode pseudo-statique, méthode réputée être trop conservative. Ainsi, les résultats déjà trouvés ont pu être pondérés pour être moins pénalisants. Les études analytiques ont montré que l’inclinaison des lits de pose des pierres apporte un gain de résistance sismique significatif aux MSPS. De plus, dans les zones à très faible risque sismique, soit 40% du territoire français métropolitain, le dimensionnement au séisme oblige à augmenter la largeur à la base du mur au maximum de 10% par rapport à un dimensionnement statique. Dans le cas courant où lesMSPS sont fondés au rocher ou suffisamment loin de routes ou d’habitations, cette augmentation est au maximum égale à 10% en zone à sismicité faible, 30%en zone à sismicité modérée et 60% dans les zones à sismicité moyenne. Pour les cas plus critiques où cette augmentation dépasserait 60%, on recommande d’écarter la méthode pseudo-statique au profit d’un calcul dynamique incrémental.

Slope Dry Stone RetainingWalls (DSRWs) are vernacular structures made of rubble stones assembled without mortar. DSRWs are present worldwide and may have been built hundreds and even thousands years ago. They have always played a key role in economic sectors like agriculture, transportation and at present tourism. However, the lack of scientific knowledge associated to the lack of specific standards make their requiredmaintenance operation difficult to achieve. Lately, in France, continuous efforts have been made to understand the static behaviour of DSRWs ; however their seismic behaviour has not been addressed. Then, this work aims at providing some clues regarding the seismic behaviour of DSRWs, in attempt to outline some design rules or guidance. For this purpose, a pseudo-static analytical approach, based on the Eurocode 8 recommendations, has been developed. Thanks to small-scale experiments and numerical simulations, the pseudo-static and dynamic behaviour of dry-joint retaining structures have been investigated and the main aspects have been analytically implemented. Then, the analytical method has been validated both on small-scale pseudo-static tests and full-scale static tests drawn from the literature. Moreover, fully dynamic simulations, using a mixed discrete-continuum approach, have been conducted in order to quantify the extra-resistance of a DSRWdesigned by means of the pseudo-static approach which is known to be conservative and even over-conservative. It allowed the recommendations derived from the pseudo-static approach to be adjusted. These time-increment dynamic simulations can also be envisioned as an operational tool for special case studies for themost critical seismic situations. Subsequently, some recommendations are given, thanks to the analyticalmethod. Firstly, the inclination of stone’s bed can give considerable extra-resistance to a DSRW, especially when subjected to high seismic input. Secondly, it has been found that for DSRWs constructed in the very low seismic risk zone, which represents 40% of the French territory, only 10% of extrawidth is required to resist to the seismic motion, compared to a static design. Finally, for DSRWs directly founded on the bedrock or constructed away from roads or buildings, a maximum extrawidth of 10% is required by the seismic design for the low seismic risk zone, 30% for the moderate seismic risk zone and 60% for themedium seismic risk zone. For more critical situations where the required extra-width overlaps 60%, the pseudo-static approach must be avoided, for the benefit of dynamic time-incremental simulations.