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Wikigeotech:Risques géotechnique et Terrassement

De Wikigeotech

Sommaire

L'analyse des risques en géotechnique et leur impact sur les travaux de terrassement


Une des caractéristiques propre aux chantiers de terrassement est d'intégrer dans la démarche des travaux une part non négligeable d'aléas. Dans les aléas principaux on citera la géologie ou la météorologie. La stratégie de l'entreprise voire de la maîtrise d'ouvrage en matière de conduite d'ouvrage induit également une part d'aléa. Ces aléas conduisent ensuite à une part de risque ou à des évènements redoutés qui peuvent se traduire par :

  • un "impact financier" (les surcoûts, les prix nouveaux…)
  • un "impact sur le délai global"
  • un "impact sur le développement durable"
  • un "impact sur la performance"


Il est reconnu que dans le domaine du génie civil et des travaux publics, le risque financier porté par les ouvrages géotechniques est plus fort que dans tous les autres corps de métier. L'exemple ci-dessous illustre le surcoût généré par l'absence d'étude dans le domaine des tunnels. Le marché est construit à partir d'hypothèses et d'a priori dans le déroulement des travaux. On constate dans ces situations que le prix consacré à l'étude est relié de manière très directe au coût des travaux et qu'un faible investissement dans les études géotechniques (axe des abscisses sur la figure 1) se traduit automatiquement par un surcoût en phase travaux (axe des ordonnées sur la figure 1).

Cout tunnel sans etude.png

Figure 1 : analyse de coûts menée sur 14 cas de Projets de tunnel en région parisienne.

Néanmoins, même en présence d'études géotechnique il reste un aléa que l'on pourrait qualifier de résiduel et qu'il conviendrait d'évaluer. L'analyse des aléas doit être menée par le maître d'œuvre. Ces aléas permettent d'orienter les choix techniques en toute connaissance de cause.

Les études géotechniques doivent permettre d'identifier les aléas. Un volet de l'étude géotechnique sera dans l'idéal dédié à cet aspect car il permet d'expliquer la complexité du projet, du site et surtout d'impliquer le maître d'ouvrage dans les choix techniques qu'il doit valider et assumer. Chaque choix ou solution technique retenue comprend une part de risque. Il est aujourd'hui tout à fait possible d'évaluer ce risque en mettant en relation les solutions envisageables pour parer aux aléas et la probabilité pour ces aléas d'apparaître. A titre d'exemple : La possibilité de valoriser un déblai rocheux en couche de forme conduit à évaluer des aléas sur la variation des cubatures disponibles, la variabilité de la qualité du matériau et notamment la présence de matériaux non conformes, la possibilité de sous-évaluer l'atelier d'élaboration du granulat … etc… chacun de ces aléas a une probabilité d'occurrence, selon le niveau et la qualité des études menées (en relation avec le nombre de sondages et d'essais réalisés). La probabilité d'occurrence est inversement proportionnelle à la confiance que l'on a dans la caractérisation du gisement ou dans la solution retenue. L'investissement réalisé dans des études géotechniques de qualité, menées progressivement dans le cadre des règles admises (NF P 94-500…), permet de réduire le risque et de mieux maîtriser les enveloppes financières et les délais.

les aléas géotechniques


Certains aléas sont liés au lieu du projet et à son environnement. Dans cette catégorie on citera :

  • les aléas liés au site (la géologie, l'hydrogéologie, la géotechnique), à l'environnement immédiat du projet en matière de ressources en matériaux locaux, aux possibilités d'approvisionnement (recensement des carrières, gisements…), les contraintes hydrauliques ou hydrogéologiques (zones inondables, zones humides …), et d'autres difficultés d'ordre géologique (cavité souterraine, zones sismiques, matériaux complexes …)
  • les aléas liés aux activités humaines et à l'interaction avec le projet (cohabitation, co-gestion…) qui sont souvent en relation avec des nuisances générées par le projet telles que les vibrations, les poussières… ou générateur de problèmes de reconnaissance de sol avant l'acquisition des terrains (réseaux enterrés rendant difficile la réalisation de sondages, sols pollués difficiles à détecter sur de petites zones…)


Une autre catégorie d'aléa est liée aux données d'entrée ou à la réalisation des travaux (apparition d'aléas non identifiés lors des études principalement). Dans cette catégorie on citera :

  • les aléas liés à l'imprécision des données d'entrée topographiques et qui ont une incidence sur les volumes du mouvement des terres, les acquisitions foncières, les pentes des talus …
  • les aléas liés à l'imprécision des données d'entrée géotechniques qui donnent des incertitudes sur les limites de couches, les volumes réellement utilisables ou valorisables, etc…
  • les aléas liés aux contraintes extérieures au chantier telles que l'existence de restrictions de circulation hors emprises, la disponibilité de zones de stockage provisoires où définitives,
  • les aléas liés aux travaux eux-mêmes, incluant les mauvaises prévisions météorologiques, la date réelle de démarrage des travaux, les quantités sur certains types de travaux (purges, masques…), la disponibilité de matériels spécifiques (camions de location, compacteurs, arroseuses…), l'obligation d'autorisations diverses (études d'impact, études loi sur l'eau, autorisation de tir …), la gestion des déchets…

Évaluation de l'impact des aléas


Chaque aléa repris dans un tableau global sera traduit par le géotechnicien en terme d'évènements redoutés. La démarche continue ensuite en évaluant l'impact de l'aléa sur le projet sur une échelle de 1 à 4. Si l'évènement se produit il est considéré comme :

  • 1 négligeable,
  • 2 significatif,
  • 3 important,
  • 4 très important


exemple de matrice

par rapport à des indicateurs à définir avec le maître d'ouvrage tels que les délais (analyse du chemin critique), le coût, la faisabilité technique, l'environnement…
Chaque aléa ou évènement redouté sera évalué également sur sa probabilité d'apparition ou occurence. Autrement dit le géotechnicien évalue pour chaque aléa s'il est peu probable (A), assez probable (B), probable (C), très probable (D) que l'évènement se produise. On peut donner à titre indicatif les importances suivantes aux probabilités d'occurrence (document TerDOUEST)[1]

  • A = peu probable (soit 1 chance sur 50 que la cause du risque se produise),
  • B = assez probable (soit 1 chance sur 20 que la cause du risque se produise),
  • C = probable (soit 1 chance sur 10 que la cause du risque se produise),
  • D = très probable (soit 1 chance sur 5 que la cause du risque se produise).


Au final, le croisement de l'impact et de la probabilité d'apparition pourra aider à définir la criticité du risque selon trois niveau : un risque inacceptable a priori, un risque acceptable sous conditions et un risque acceptable a priori.

L'exemple de matrice croise impact et probabilité d'occurrence d'un évènement redouté et donne la hiérarchie des risques pour un projet : le tableau présente trois de cas de risque, depuis acceptable jusqu'à inacceptable.


Il est à noter que l'environnement est de plus en plus pris en compte par le maître d'ouvrage au même titre que le coût ou le délai d'un projet. La prise en compte de l'acceptabilité sociale d'un projet, les répercussions sur la biodiversité ou l'impact sur le réchauffement climatique sont des notions de plus en plus présentes à l'esprit des maîtres d'ouvrage. Le chargé d'étude se doit dans l'idéal d‘intégrer cette démarche dans le cadre de son étude technique. A titre d'exemple, on peut chiffrer l'impact d'un projet en analyse de cycle de vie, ou plus simplement centré sur un indicateur environnemental ou également par rapport à un objectif à tenir impérativement (éviter la pollution d'un site protégé, perturber l'hibernation de chauves-souris...)

Exemples d'aléa et des risques pour le chantier de terrassement


cas de travaux au rocher

incertitude sur la position d'un toit rocheux

Figure 2 : Exemple de profil en travers présentant une section en déblai. Les matériaux sont constitués en partie supérieure de matériaux meubles (matériau dits de catégorie 1), et en fond de déblai de matériaux rocheux (matériaux dits de catégorie 2). La limite entre les deux formations constitue le toit rocheux. Les évènements redoutés (l'aléa) concernent :

  • le volume de matériau de catégorie 1, sans difficulté technique particulière, et le volume de matériau de catégorie 2, beaucoup plus difficile à extraire, nécessitant une énergie d'extraction supplémentaire ;
  • la position du tir au niveau des bermes intermédiaires ;
  • la stabilité des pentes...


Le risque s'évalue en fonction de la fiabilité du modèle géologique et de la probabilité de faire une erreur dans les évaluations. Dans les situations à forts enjeux financiers, la position du toit rocheux a une importance capitale et les reconnaissances géotechniques permettent de diminuer l'incertitude sur sa position dans le déblai.

cas de travaux dans des matériaux sensibles à l'eau au niveau de l'arase de terrassement

La portance au niveau de l'arase de terrassement permet de dimensionner et construire les couches de chaussées. Au moment des travaux, cette portance est évaluée par le biais de mesure de module de déformabilité réalisée entre autre à la plaque ou à la Dynaplaque. Evaluée par le géotechnicien au moment des études, l'incertitude sur les portances au niveau de l'arase au moment des travaux se traduit par une anomalie telle que le chantier peut être arrêté et par la nécessité d'améliorer le support avec des techniques non prévues par le client ou l'entreprise.
L'évènement redouté principal est donc caractérisé par l'obtention de mesures non-conformes au moment de la réception de l'arase de terrassement. Le risque peut se traduire par la nécessité de redimensionner la couche de forme, d'introduire des prix ou des quantités nouvelles (traitement des sols, emprunt…), de rallonger les délais des travaux ....
Dans les deux illustrations, les portances mesurées ou constatées au niveau de l'arase sont très faibles (enfoncement de la plaque au sol pour la mesure de l'EV2, orniérage signe d'une portance très faible). Dans le cas où cet évènement n'a pas été étudié, le risque se traduit par des prix nouveaux et/ou de nouvelles quantités. Les délais sont également impactés par la constatation de cette non-conformité.
Plaque A13.JPG Ornierage fond deblai.jpg
Figure 3a et b (Photos CETE Normandie Centre) : La photo de gauche, prise au niveau d'une arase de terrassement montre la trace d'un essai de plaque. Cette trace démontre la très faible portance du sol support constitué d'argiles humides. La qualité du sol ne permet donc pas de construire le reste de la chaussée. Les ornières des camions sur la photo de droite illustrent également la faible portance d'un sol support au niveau de l'arase composé de craies tendres.

cas d'une étude de gisement pour couche de forme

Figure 4 : prospection pour de la recherche de matériaux pour couche de forme

Selon l'interprétation que l'on donne à la corrélation entre sondage, il subsiste des incertitudes concernant le volume de la couche en rouge. Selon le modèle géologique retenu et de sa fiabilité, le volume estimé peut varier de 15 000 (volume minimum) à 30 000 m3 (volume maximum). La distance entre les sondages et la connaissance que l'on a de la géologie locale sont deux facteurs permettant de réduire l'incertitude.
L'incertitude diminue si la distance entre sondage est la plus faible possible et si la corrélation entre sondage est menée par un géologue confirmé ayant une bonne connaissance du site. Le croisement avec des informations en provenance d'autres chantiers ou de cas similaires permet également de réduire l'incertitude.
Si l'utilisation de cette couche est envisagée pour un réemploi en couche de forme, l'évaluation des besoins exacts en volume pèsera sur les solutions. Si les besoins sont de 20 000 m3, dans le cas pessimiste, il y a déficit de 5 000 m3 de matériau, dans le cas optimiste, il y a excédent de 10 000 m3 de matériau. Dans le premier cas il faut recourir à un emprunt complémentaire, dans le deuxième cas il faut valoriser ou évacuer l'excédent. Le maître d'ouvrage doit évaluer et chiffrer les risques et décider de la conduite à tenir, qui peut par exemple conduire à augmenter la densité des sondages pour réduire l'incertitude et augmenter la confiance dans le modèle géotechnique.

Liste des références

  1. Livrable D2 de TerDOUEST, 2012
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