23,3 mm G é o t e c h n i q u e G é o t e c h n i q u e P T B Géotechnique u a Géotechnique appliquée au BTP e é u q i l appliquée au BTP p p a e u La géotechnique tient une place importante parmi Sommaire les sciences et techniques du BTP. Elle permet q 1 La géotechnique l’adaptation des aménagements et ouvrages aux i 1 Les principes n sites de construction pour en optimiser la sécurité 1 Les théories h et l’économie. 1 Les objets c Fruit de l’expérience, affranchi d’un formalisme 1 L’étude géotechnique e mathématique dont il tient néanmoins rigoureusement 1 L’économie géotechnique compte, cet essai présente les principes, les théories, t 1 La responsabilité du géotechnicien o la méthode et les usages techniques, commerciaux, é administratifs et juridiques de la géotechnique Pierre MARTIN, ingénieur ENS Géologie, docteur ès actuelle. G sciences, a créé le Bureau d’Études Géotechniques Cet ouvrage s’adresse aux géotechniciens, étudiants, et l’a dirigé durant plus de quarante ans ; il consacre enseignants, praticiens et aux acteurs du BTP, encore une partie de son temps au conseil et à m dinégcéidneieuurrss, , menatîrterepsr edn’oeuuvrsr,a egxep, emrtasî etrte jsu rdis’œteus.vre, lo’euxvpraegrteiss ed ajundsi cceia diroem eat ienset. l’auteur de plusieurs barbary-courte.co Code éditeur : G12271 (cid:129) ISBN : 978-2-212-12271-8-:HSMCLC=VWW\V]: Pierre Martin Pierre Martin 45 € 1122227711__ggeeootteecchh__223333..iinndddd 11 1177//0011//0088 1155::3355::3311 Géotechnique appliquée au BTP PDT_12271.indd 1 8/01/08 16:56:57 Du même auteur Géomécanique appliquée au BTP, 2e édition, 2005 Ces risques que l’on dit naturels, 2007 Chez le même éditeur B. Couette. – Guide pratique de la loi MOP, 2005 P. Gérard. – Pratique du droit de l’urbanisme, 2007, 5e édition P. Grelier Wyckoff. – Pratique du droit de la construction, 2007, 5e édition Marchés publics et marchés privés P. Grelier Wyckoff. – Le mémento des marchés publics de travaux, 2007, 3e édition Intervenants, passation et exécution (Le code des marchés publics 2006) P. Grelier Wyckoff. – Le mémento des marchés privés de travaux, 2006, 2e édition Intervenants, passation et exécution G. Karsenty. – Guide pratique des VRD et aménagements extérieurs, 2004 G. Karsenty. – La fabrication du bâtiment, tomes 1 et 2, 1997 et 2001 PDT_12271.indd 2 8/01/08 16:56:57 Géotechnique appliquée au BTP Pierre Martin PDT_12271.indd 3 8/01/08 16:56:58 ÉDITIONS EYROLLES 61, bld Saint-Germain 75240 Paris Cedex 05 www.editions-eyrolles.com Le code de la propriété intellectuelle du 1er juillet 1992 interdit en effet expressément la photocopie à usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or, cette pratique s’est généralisée notamment dans les établissements d’enseignement, provoquant une baisse brutale des achats de livres, au point que la possibilité même pour les auteurs de créer des œuvres nouvelles et de les faire éditer correctement est aujourd’hui menacée. En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans l’autorisation de l’Éditeur ou du Centre Français d’exploitation du droit de copie, 20, rue des Grands Augustins, 75006 Paris. © Groupe Eyrolles, 2008, ISBN : 978-2-212-12271-8 PDT_12271.indd 4 8/01/08 16:56:59 GéotechniqueTDM.fm Page I Mardi, 8. janvier 2008 11:13 11 TABLE DES MATIÈRES Préface ............................................................................................ 1 Introduction ................................................................................... 3 Trente cinq ans après .................................................................... 3 Des échantillons au site ................................................................. 3 Les principes ................................................................................. 4 Les théories ................................................................................... 4 Les méthodes ................................................................................ 5 Les pratiques ................................................................................. 5 L’efficacité de l’étude ................................................................... 6 1 La géotechnique .................................................................. 7 1.1 Exemples édifiants ........................................................................ 7 1.1.1 Les barrages hydrauliques ................................................... 8 1.1.1.1 Barrages en remblais ............................................... 9 1.1.1.2 Barrages-poids ......................................................... 10 1.1.1.3 Barrages-voûtes ....................................................... 11 1.1.2 Tassement, poinçonnement et… ruine ................................. 20 1.1.2.1 La tour de Pise ......................................................... 21 1.1.2.2 Autres édifices inclinés ........................................... 24 1.1.2.3 Le silo à blé de Transcona (Winipeg) – Canada) ........ 25 1.1.2.4 Le Campanile de San Marco à Venise .................... 27 1.1.2.5 Quelques ponts ........................................................ 28 1.1.3Exemples probants ............................................................... 29 1.1.3.1 Décision inopportune ............................................. 29 1.1.3.2 Étude contestée ........................................................ 30 1.1.3.3 Le géomécanicien ignorait la géologie .................... 31 1.1.3.4 Décision opportune .................................................. 33 1.2Géotechnique ................................................................................ 33 1.3Aperçu historique .......................................................................... 37 1.3.1Dès l’Antiquité ..................................................................... 38 1.3.2À Venise .............................................................................. 39 GéotechniqueTDM.fm Page II Mardi, 8. janvier 2008 11:13 11 II 1.3.3La guerre de places .............................................................. 40 1.3.4La période scientifique ......................................................... 41 1.3.4.1 La mécanique des remblais ..................................... 41 1.3.4.2 La mécanique des sols ............................................. 42 1.3.4.3 L’hydraulique souterraine ....................................... 46 1.3.4.4 La géophysique appliquée ....................................... 47 1.3.4.5 Les sondages mécaniques ........................................ 47 1.3.4.6 La mécanique des roches ......................................... 48 1.3.4.7 La géologie de l’ingénieur ....................................... 48 1.3.4.8 Les sciences de l’ingénieur ...................................... 48 1.4 Évolution ....................................................................................... 49 2 Les principes ......................................................................... 55 2.1 Cadre scientifique ......................................................................... 55 2.1.1 Les disciplines ...................................................................... 56 2.1.1.1 La géologie .............................................................. 56 2.1.1.2 La physique ............................................................. 57 2.1.1.3 La chimie ................................................................. 61 2.1.1.4 Les mathématiques .................................................. 61 2.1.2 La géotechnique ................................................................... 62 2.1.2.1 Les objets ................................................................. 63 2.1.2.2 Les phénomènes ...................................................... 64 2.2 Les écoles géotechniques .............................................................. 68 2.2.1 Les sourciers ........................................................................ 68 2.2.2 Les écoles rationnelles ......................................................... 70 2.2.2.1 L’école naturaliste ................................................... 70 2.2.2.2 L’école physicienne ................................................. 71 2.3 Langage et raisonnement .............................................................. 72 2.3.1 Le langage ............................................................................ 72 2.3.1.1 Les mots ................................................................... 73 2.3.1.2 Les nombres ............................................................. 77 2.3.1.3 Les formules ............................................................ 78 2.3.1.4 Les logiciels ............................................................. 79 2.3.2 Le raisonnement ................................................................... 80 2.3.2.1 Les géotechniciens ................................................... 80 2.3.2.2 Les autres intervenants ............................................ 81 2.3.2.3 L’ordinateur ............................................................. 81 GéotechniqueTDM.fm Page III Mardi, 8. janvier 2008 11:13 11 Table des matières III 2.4 Le site et l’ouvrage ....................................................................... 85 2.4.1 Étudier le site ....................................................................... 85 2.4.2 Construire l’ouvrage ............................................................ 86 2.4.3 Retarder la ruine ................................................................... 87 2.4.4 Éviter les catastrophes ......................................................... 88 2.5 Le géotechnicien ........................................................................... 89 2.5.1 Les acteurs de la construction .............................................. 89 2.5.2 Le géotechnicien .................................................................. 90 2.5.2.1 Démarche ................................................................. 91 2.5.2.2 Attitude .................................................................... 92 2.5.2.3 Formation ................................................................ 93 2.5.2.4 Une équipe ............................................................... 94 2.5.2.5 Organisation professionnelle ................................... 95 3 Les théories ........................................................................... 97 3.1 La prospective ............................................................................... 98 3.1.1 L’irrationnel ......................................................................... 100 3.1.1.1 La fatalité ................................................................. 101 3.1.1.2 Le hasard ................................................................. 101 3.1.2 La science ............................................................................ 103 3.1.2.1 Réductionnisme ou holisme ? .................................. 107 3.1.2.2 Le déterminisme ...................................................... 108 3.1.2.3 La probabilité .......................................................... 109 3.1.2.4 La semi-probabilité .................................................. 111 3.1.2.5 Les ensembles flous ................................................. 111 3.1.2.6 Le chaos ................................................................... 112 3.1.2.7 Les systèmes critiques auto-organisés ..................... 114 3.1.3 Logique géotechnique .......................................................... 115 3.1.4 Les théories géotechniques .................................................. 117 3.1.4.1 Représentation des formes ....................................... 118 3.1.4.2 Étude des phénomènes ............................................ 119 3.2 La modélisation ............................................................................ 122 3.2.1 Modélisation analytique ....................................................... 126 3.2.1.1 Modélisation des formes ......................................... 127 3.2.1.2 Modélisation du comportement ............................... 128 3.2.2 Le modèle géotechnique de synthèse ................................... 139 3.2.3 Représentativité des modèles ............................................... 140 3.2.3.1 Matériau naturel, milieu géomécanique .................. 141 GéotechniqueTDM.fm Page IV Mardi, 8. janvier 2008 11:13 11 IV 3.2.3.2 Structures naturelles, figures géomécaniques .......... 141 3.2.3.3 Phénomènes naturels, modèles de comportements ....... 142 3.2.4 Validation des modèles – validité des résultats ................... 142 4 Les objets ...............................................................................145 4.1 Le géomatériau ............................................................................. 145 4.1.1 Caractères généraux ............................................................. 145 4.1.1.1 Morphologie ............................................................ 148 4.1.1.2 Paramétrie ................................................................ 149 4.1.1.3 Comportement ......................................................... 149 4.1.2 Organisation ......................................................................... 153 4.1.2.1 Le système terrestre ................................................. 154 4.1.2.2 Les cycles naturels ................................................... 156 4.1.3Le géomatériau français ....................................................... 161 4.2 Les phénomènes naturels .............................................................. 162 4.2.1 Évolution générale ............................................................... 163 4.2.2 Étude .................................................................................... 165 4.2.3 Les phénomènes internes ..................................................... 166 4.2.3.1 Éruptions volcaniques ............................................. 166 4.2.3.2 Séismes .................................................................... 167 4.2.4 Les phénomènes atmosphériques ......................................... 171 4.2.4.1 Les phénomènes climatiques ................................... 171 4.2.4.2 Les phénomènes météorologiques ........................... 171 4.2.4.3 Phénomènes liés aux conditions atmosphériques ......... 172 4.2.5Les phénomènes externes .................................................... 172 4.2.5.1 Les mouvements de terrain ...................................... 173 4.2.5.2 Autres phénomènes externes ................................... 180 4.2.6 L’eau souterraine ................................................................. 180 4.2.6.1 Nappes d’eau souterraines ....................................... 181 4.2.6.2 Circulations karstiques ............................................ 182 4.2.6.3 Eau intersticielle ...................................................... 182 4.3 Les aménagements et les ouvrages ............................................... 183 4.3.1 Les aménagements ............................................................... 183 4.3.1.1 Les zones ................................................................. 183 4.3.1.2 Les lotissements ....................................................... 184 4.3.1.3 Les tracés ................................................................. 184 4.3.2 Les ouvrages ........................................................................ 184 4.3.2.1 Excavations et soutènements ................................... 185 4.3.2.2 Les remblais ............................................................. 191 GéotechniqueTDM.fm Page V Mardi, 8. janvier 2008 11:13 11 Table des matières V 4.3.2.3 Les chaussées .......................................................... 194 4.3.2.4 Les fondations ......................................................... 194 4.3.2.5 Captages d’eau souterraine ...................................... 200 4.3.2.6 Réhabilitation des sites pollués ............................... 202 4.3.2.7 Stockage des déchets ............................................... 203 4.4 L’accident géotechnique ............................................................... 204 4.4.1 Prospective ........................................................................... 205 4.4.2 L’accident ............................................................................ 206 4.4.2.1 Selon les dommages ................................................ 207 4.4.2.2 Selon la cause .......................................................... 207 4.4.2.3 Apprécier le risque .................................................. 208 4.4.2.4 Assurer la sécurité ................................................... 209 4.4.3 Les causes ............................................................................ 211 4.4.3.1 Causes naturelles ..................................................... 211 4.4.3.2 Accidents induits par l’ouvrage ............................... 213 4.4.3 Le risque économique .......................................................... 217 4.4.4 Effets pervers des aménagements ........................................ 217 4.4.5 Comportements aberrants .................................................... 219 4.4.6 La pollution .......................................................................... 219 4.4.7 Paradoxe géotechnique ........................................................ 222 4.4.8 Les interventions .................................................................. 222 4.4.8.1 La prévention ........................................................... 222 4.4.8.2 La prévision ............................................................. 224 4.4.8.3 La protection ............................................................ 224 4.4.8.4 Les secours .............................................................. 225 4.5 Le site ........................................................................................... 225 4.5.1 Dimensions .......................................................................... 226 4.5.1.1 Par rapport au temps ................................................ 226 4.5.1.2 Par rapport à l’ouvrage ............................................ 226 4.5.1.3 Par rapport à la structure géologique ....................... 226 4.5.1.4 Par rapport aux phénomènes ................................... 227 4.5.1.5 Par rapport à l’échelle d’observation ....................... 228 4.5.2Modélisation ........................................................................ 228 4.5.2.1 Modélisation géométrique ....................................... 228 4.5.2.2 Modélisation du comportement ............................... 230 5 L’étude géotechnique ........................................................231 5.1 Intérêt de l’étude ........................................................................... 231 5.1.1 Adaptation de l’ouvrage au site ........................................... 233