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Vérifications de la conception des murs de soutènement selon l'ACI 318

Vérifications de la conception des murs de soutènement conformément à l'ACI 318-19

Au cours du processus de conception d'un mur de soutènement en porte-à-faux en béton, la première étape consiste à définir le dimensions préliminaires et vérifier le la stabilité de cette géométrie préliminaire contre renversement, glissement, SkyCiv propose un calculateur de mur de soutènement gratuit qui calculera la pression latérale de la terre sur le mur. La réalisation de ces contrôles de stabilité implique le calcul de toutes les forces agissant sur la structure de soutènement. Ces charges, lorsqu'il est pris en compte, sont les éléments nécessaires pour effectuer des vérifications de conception sur le mur de soutènement en béton et garantir les dimensions et le ferraillage fourni, sera capable de résister aux charges de l'état ultime. Using our Retaining Wall Design Software, it is possible to perform the stability checks required during the process of a concrete retaining wall design.

En résumé, les contrôles de conception des différents composants d'un mur de soutènement en béton comprennent:

  • la force de frottement qui empêchera le mur de glisser est la charge verticale totale multipliée par le coefficient de frottement sol-béton défini pour le matériau du sol de la sous-structure et la force de glissement est le résultat de la pression latérale du sol retenu et de la pression associée à la présence de surcharge
    • Section critique: Situé à la base de la tige, à la face de la base du mur de soutènement. For shear strength check, ACI 318 allows using the section at a distance from the base as the critical one.
    • Forces agissantes: Pression active du sol retenue et pression supplémentaire provenant des surcharges.
    • Effets à vérifier: Flexure and shear at the critical section cantilever retaining wall’s stem.
  • Talon
    • Section critique: Situé à l'interface entre la tige et la semelle de mur. For shear strength check, ACI 318 allows using the section at a distance from the interface as the critical one.
    • Forces agissantes: Poids du sol retenu, heel self-weight, et supplément d'action verticale. Soil pressure below the base could be included, but is usually neglected for being conservative.
    • Effets à vérifier: Shear and flexure at the critical section cantilever retaining wall’s heel.
  • Doigt de pied
    • Section critique: Located at the face of the stem. For shear strength check, ACI 318 allows using the section at a distance from the face of the stem as the critical one.
    • Forces agissantes: Pression d'appui sous l'orteil. Le poids propre passif du sol agissant au-dessus du pied est généralement négligé, car il peut s'éroder ou être enlevé.
    • Effets à vérifier: Shear and flexure at the critical section cantilever retaining wall’s toe.
  • Clé de cisaillement (si inclus)
    • Section critique: Situé à l'interface entre la clé de cisaillement et la semelle de mur.
    • Forces agissantes: Pression passive du sol.
    • Effets à vérifier: Shear at the critical section cantilever retaining wall’s key.

sections critiques de conception de mur de soutènement en béton skyciv

Load Factors as per ACI-318

When performing a design check on a concrete cantilever retaining wall as per the requirements of ACI-318, all the external forces that act on the structure and generate an internal force at the critical section, are factored in according to their nature, as follows:

  • For lateral earth pressures, due to the soil’s weight and additional loads, the factor for calculating ultimate state loads is \(1.6\)
  • For the structure’s self-weight, the factor for calculating ultimate state loads is \(1.2\)

Those factors reflect the probability of exceeding the calculatedexact” valeur, for the case of the structure’s self-weight, the probability of being exceeded is quite low, and therefore the factor is close to 1.0, toutefois, external forces such as the weight and lateral pressure of the retained soil and the surcharges are more likely to take a higher value, and that’s why the load factor is closer to 2 than to 1.

Resistance reduction factors as per ACI-318

Apart from increasing the forces acting on the structure, its resistance is also reduced by applying some factors, following the LRFD (Conception du facteur de charge et de résistance) approach. Each resistance value is reduced as follows:

  • For flexure resistance, assuming the member is tension controlled, the reduction factor is \(0.9\)
  • For shear resistance, the reduction factor is \(0.75\)

Design requirements as per ACI-318

Comparing the ultimate state internal forces to the reduced member resistance to that internal force, it is possible to determine whether the provided concrete section and embedded reinforcement are strong enough or not. This can be expressed in the following two equations:

  • For nominal moment resistance \(M_n\) and ultimate state moment \(M_u\)

\(\phi \; M_n \geq M_u\)

  • For nominal shear resistance \(V_n\) and ultimate state shear force\(V_u\)

\(\phi \; V_n \geq V_u\)

Additional requirements as per ACI-318

Apart from fulfilling the requirements mentioned above, ACI-318 presents some additional requirements for successfully completing a Concrete Retaining Wall Design:

  • The reinforcement calculated for flexure on any component of the structure is checked against the beam minimum required flexural reinforcement. According to ACI-318, the beam formula is used instead of the one-way slab formula because of the lack of redundancy:

\(UNE_{s, \; min} = frac{3 \sqrt{f'_c}}{f_y} b_w d\)

  • Once the required steel area for flexure is calculated, the section is checked to ensure it is tension controlled, in other words making sure that the reinforcement steel yields before concrete cracks:

\(\varepsilon_t = \frac{\varepsilon_c}{c}(d-c) > 0.005\)

Où \(c = frac{une}{\bêta_1}\), \(a = 1.31 A_s\), \(\varepsilon_c = 0.003\) (assuming concrete cracks at that strain level), et \(d\) is the distance from the compression edge to the center of the reinforcement in tension.

  • Some minimum transverse reinforcement area is calculated for each component of the Cantilever Concrete Retaining Wall, using the ratios given in Table 11.6.1 of ACI-318
  • Development and splice lengths are also calculated for each component of the Cantilever Concrete Retaining Wall, using the criteria given in 25.4.2 of ACI-318

SkyCiv Retaining Wall Calculator

SkyCiv propose un calculateur de mur de soutènement gratuit qui vérifiera le glissement dans le mur de soutènement et effectuera une analyse de stabilité sur vos murs de soutènement. La version payante affiche également les calculs complets, afin que vous puissiez voir étape par étape, SkyCiv propose un calculateur de mur de soutènement gratuit qui calculera la pression latérale de la terre sur le mur, glissement et roulement! With the paid account, it is also possible to perform design checks as per ACI on the retaining wall.

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oscar sanchez
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