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Sécurité et risques en matière de géotechnique

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Le terrain sur lequel va s’ériger un ouvrage joue un rôle central dans les projets de construction, qu’ils soient visibles au-dessus du sol ou sous-terrains. Ce substrat peut présenter des avantages, mais aussi des risques potentiels. C’est pour assurer un maximum de sécurité aux projets de construction que les spécialistes en géotechnique sont mandatés.

La géotechnique est utilisée dans toutes les disciplines de génie civil qui ont besoin de l’identification et de la description des caractéristiques techniques du substrat concerné par la construction d’un ouvrage de génie civil. Ces disciplines incluent la mise en place de terrassements et de fondations, la mécanique des sols, les techniques de fondation, l’hydraulique souterraine, la mécanique des roches, l’aménagement en milieu rocheux et en tunnel, la technique minière, la construction souterraine et le génie civil spécial.

Par exemple pour le domaine bâti, l’ingénieur civil spécialisé en géotechnique dimensionne:

  • Les remblais pour des phases de construction temporaires ou pour des bâtiments définitifs
  • Les fondations superficielles telles que les semelles isolées ou filantes ou les radiers
  • Les fondations profondes telles que les fondations sur pieux
  • Les étayages d'excavation et les murs de soutènement

Dans les structures classiques, tels que les ponts ou les bâtiments, l’ingénieur en génie civil considère les charges définies par les normes en vigueur (charges de trafic, charges utiles). L'ingénieur en géotechnique, lui, ne peut pas s’appuyer que sur cette définition des charges. Il doit d’abord se baser sur les propriétés du sol pour déduire l’impact des travaux de construction sur le substrat. Cela impose une investigation des propriétés techniques du substrat avant la phase de construction et de dimensionnement.

Différentes facettes de la géotechnique en image: étayages d’excavation, ancrages, fondations sur pieux.

Exigences en matière de sécurité 
Les structures géotechniques doivent satisfaire aux exigences de sécurité de nos sociétés. Les incertitudes apparaissent à différents points:

  • Le terrain à bâtir n’est lui-même pas structuré de manière homogène ou uniforme. Il a, par exemple, d’un bout à l’autre, des propriétés techniques différentes. En outre, ces caractéristiques évoluent selon la profondeur du sol.
  • L'exploration de ces caractéristiques n’est pas directement définissable, parce qu'il n'y a pas vraiment de méthodes de sondage qui décrivent les propriétés souhaitées. En effet, il est nécessaire d’établir une corrélation entre les grandeurs mesurées pendant le sondage et les caractéristiques techniques souhaitées, en se référant empiriquement à une base de sols normalisés.

Les ingénieurs civils et géotechniques doivent pouvoir gérer les incertitudes dans leurs calculs. Alors que les normes de sécurité sont comparables pour les différents types de bâtiments, des normes et règlements spécialisés sont appliqués en matière de géotechnique.

Les tests in situ et en laboratoire
Ces normes comprennent, par exemple, des procédures de classification des sols. Elles régulent également la mise en œuvre des tests in situ et en laboratoire. Cela permet d’assurer la comparaison des résultats de sondage avec d’autres sondages tests.

Les normes de conception comprennent un certain nombre de règles, à la fois au niveau des effets physiques et des propriétés des matériaux. Ces règles sont basées sur une approche déterministe dans laquelle, par exemple, pour un mur de soutenement en béton, les effets de pression du sol sont augmentés d’un certain facteur tandis que sa résistance sera réduite.

Le substrat sur lequel s’érigent des constructions, qu’il soit souple ou solide comme la roche, peut présenter des avantages, mais aussi des risques potentiels.

En pratique en Suisse, les caractéristiques du matériau sont déduites du fractile 5% d’une approche statistique. Ce qui veut dire qu’on accepte que seulement 5% des essais de matériaux se situent en-dessous de la valeur retenue. Cette valeur est appelée valeur caractéristique, et on lui applique un coefficient de sécurité. Cette méthode signifie que la valeur retenue pour le dimensionnement est une estimation prudente, qui n’est pas directement observable scientifiquement in situ.

Un sinistre fréquemment rapporté peut être pris à titre d’exemple: le sous-sol d'une maison individuelle construit sur une excavation en pente. Si le gradient de pente n’a été considéré que pour un sol complètement sec, la pression induite sur les murs de soutènement peut être sous-estimée en cas de précipitations. Les règles de l’art de la construction supposent qu’un talus doit supporter un violent orage estival.

Les assurances parlent de catastrophes quand les précipitations, mesurées par les stations météorologiques environnantes, dépassent une hauteur supérieure à la valeur maximale sur 15 à 20 ans. Tant que les précipitations se situent en dessous de cette valeur, on parle d'un risque calculable.

Sur un chantier, il faut éviter qu’une rupture de pente derrière un mur de soutènement provoque des blessés ou même des morts. Pour les employé-e-s en génie civil, l'employeur est responsable de cet aspect lié à la sécurité au travail. C’est pourquoi la géotechnique figure dans un chapitre de l’Ordonnance sur les travaux de construction, OTConst. Ce chapitre réglemente les caractéristiques des talus, de plus de quatre mètres de haut, sur lesquels reposent des charges (véhicules, installations de construction) et qui sont sujets aux infiltrations d’eau. Dans ce cadre, un certificat de stabilité doit être établi par un spécialiste.

La surveillance en tant que méthode
Les propriétés d’un terrain ne pouvant souvent être connues complètement qu’avec des moyens très coûteux, la norme prévoit l’application de la méthode dite d'observation. Prenant l’exemple d'un étayage d’excavation, si la connaissance du substrat n’est pas suffisante, cela impose de privilégier une solution particulière de surveillance. Lors la phase d’exécution du chantier, diverses mesures de surveillance (par ex. mesures de déformation ou de force au niveau des ancrages) seront alors effectuées pour donner les informations nécessaires sur le comportement réel de la paroi. Cette méthode n’est valable qu’à la condition d’avoir été prévue par avance, avec la prise en compte de ses limites et surtout des moyens d’action selon les résultats. L’économie réalisée sur les coûts de sondage est donc en partie reportée sur un suivi technique de chantier plus précis.

Tous les frais engendrés pour la connaissance du substrat sont des coûts que le maître d’ouvrage doit supporter et qui n’incombent, ni au concepteur, ni au maître d’oeuvre. Les frais supplémentaires liés à des prédictions erronées de substrat ne sont donc pas imputables aux partenaires d’un projet. Dans ce cadre, il convient de noter que l'ingénieur en géotechnique est un conseiller du maitre d’ouvrage et il se doit donc d’éclairer celui-ci sur les risques techniques et financiers.