Terrassement

Terrassement

Construire un ouvrage en terre

 1. Le terrassement, une activité..............................................................
2. Le terrassement, une technique ..........................................................
2.1 Les paramètres intervenant dans le terrassement d’un ouvrage.......
2.2 Les nouveaux enjeux.........................................................................
3. Le terrassement, un métier .................................................................
4. Découpage de la rubrique Terrassement ...........................................

 le vocable terrassement est appréhendé encore parfois, d’une façon
réductrice ; il est alors perçu uniquement comme une tâche réalisée avec
des engins, incluse dans le processus de construction d’ouvrages de génie civil
ou de bâtiments.
Il n’est donc pas inutile de clarifier ce que représente ce terme qui est un peu
flou dans les esprits.
Le terrassement ne se limite pas à une simple phase d’exécution ; sa finalité,
c’est la construction d’ouvrages en terre, réalisés suivant des prescriptions de
qualité rigoureuses pour assurer les fonctions requises.
Il recouvre les concepts suivants :
— une activité importante de la construction, majeure en matière d’infrastructures
de transport. Dans ce domaine, le terrassement met en jeu les éléments les
plus déterminants de l’optimisation économique du projet, au stade de la
conception et des études comme au stade de la réalisation ;
— une technique de réalisation d’opérations composites et interdépendantes
qui est fondée sur une expérience approfondie acquise sur le terrain. Ces opérations
nécessitent la mise en oeuvre de méthodes spécifiques et des moyens
adaptés, réclamant une approche scientifique et une technologie avancée ;
— un authentique métier requérant une haute technicité et une grande
aptitude à gérer de nombreux aléas.
Le présent article introductif a pour objet de décrire dans les grandes lignes
ces concepts du terrassement, auxquels se référeront les articles de cette
rubrique.

1. Le terrassement,une activité

Les opérations de terrassement interviennent dans la construction
de la plupart des ouvrages de génie civil ou de bâtiment. La
gamme de la taille des chantiers est très étendue, depuis des chantiers
élémentaires de fouilles de bâtiments jusqu’aux grands chantiers
d’infrastructures et d’aménagement du territoire. Les exposés
de la rubrique sont consacrés essentiellement ces derniers.
L’activité du terrassement considérée concerne les types d’ouvrages
suivants :
■ les ouvrages en terre qui sont incorporés dans le processus de
construction d’ouvrages de génie civil ou de grands bâtiments, plus
particulièrement :
— les fouilles de grands bâtiments et de bâtiments industriels,
— les fouilles et les assises d’ouvrages de génie civil : barrages,
centrales thermiques et nucléaires, stations d’épuration,
— les remblais techniques contigus aux ouvrages de génie civil et
aux ouvrages d’art,
— les plate-formes logistiques et industrielles ;
■ les ouvrages en terre qui constituent l’activité prépondérante des
ouvrages construits (figures 1 à 7) :
● les ouvrages en terre de grandes dimensions :
❒ Aménagements hydrauliques et hydro-électriques
— Barrages en terre et en enrochements de grande hauteur
— Canaux à grand gabarit
— Dérivations de fleuves ou de grandes rivières
— Digues en sites fluviaux.
❒ Aménagements portuaires
— Digues de protection et d’enclôture
— Terre-pleins des aménagements
❒ Aménagements aéroportuaires
— Pistes d’aérodromes
— Plate-formes logistiques
❒ Infrastructures de transport
— Autoroutes
— Routes à fort trafic
— Lignes ferroviaires à grande vitesse ;
● les ouvrages de dimensions moyennes :
— Barrages BCR (Béton compacté au rouleau)
— Retenues collinaires
— Bassins d’orage, bassins de retenue
— Infrastructures et déviations routières
— Endiguements et dérivations de petites rivières
— Aménagements divers ;
● les ouvrages liés à l’environnement :
— Aménagements paysagers
— Remises en état environnementales de carrières
— Centres d’enfouissement technique.

 2. Le terrassement,

une technique
L’opération de terrassement consiste à manipuler, avec des
moyens appropriés, des matériaux selon une cinématique

— le transport des matériaux à pied d’oeuvre
classique :
— l’excavation ou l’extraction des matériaux d’une fouille, d’un
déblai, d’un emprunt ou carrière ;

 — la mise en oeuvre des matériaux, soit mis en dépôt, soit mis en
remblai,
le mouvement des terres économique étant recherché.
La simplicité de ces opérations n’est qu’apparente.
En effet, les déblais, les remblais, certains dépôts aménagés
constituent autant d’ouvrages en terre unitaires formant l’ensemble
de l’ouvrage. Leur réalisation nécessite le respect de prescriptions
exigeantes notamment en matière de précision de dimensionnement,
de stabilité, de portance et de pérennité.
De surcroît, de nombreux paramètres complexifient les conditions
d’exécution de ces opérations ; leur prise en compte, et ce dès
le stade des études, réclament une technicité élevée.

 2.1 Les paramètres intervenant

dans le terrassement d’un ouvrage
■ La diversité des ouvrages
Le terrassement participe à toutes natures d’ouvrages et constitue
pour nombre d’entre elles l’activité prépondérante.
La fonction de l’ouvrage nécessitera, suivant le cas, des usages et
des caractéristiques bien différentes des matériaux destinés à réaliser
l’ouvrage en terre, selon qu’il s’agisse par exemple d’un endiguement
(étanchéité de noyaux, caractère drainant de carapaces...)
ou d’une route (portance pérenne des assises de chaussées).
L’adaptation au site de l’ouvrage exigera la résolution de différents
sujets : stabilité, qualité de l’assise, maîtrise des écoulements
superficiels (par exemple zones inondables).
La diversité des ouvrages se traduit aussi par des configurations
très différentes du mouvement des terres :
— grande masse, grande hauteur (barrages...) ;
— linéarité (infrastructures de transport...).
■ Les matériaux rencontrés
La gamme des matériaux rencontrés sur le site du projet est très
étendue et se caractérise par une forte variabilité dans leur nature et
dans leur comportement qui est notamment fonction de leur teneur
en eau.
La sensibilité à l’eau de la plupart des matériaux est l’une des contraintes
fondamentales que le terrassier doit gérer.
La gamme des matériaux comporte essentiellement les familles
suivantes : les sols fins, les sols graveleux, les sols renfermant des
matières organiques, les matériaux rocheux dont certains peuvent
être évolutifs. Le projet peut également comporter l’utilisation de
sous-produits industriels.

La présence de sols compressibles doit faire l’objet d’études
particulières et de techniques appropriées de réalisation de remblais
(par phases notamment) qui feront l’objet d’articles spécifiques
dans cette rubrique Terrassement.
La nécessité d’une classification rigoureuse des matériaux s’est
imposée. C’est l’un des objets du Guide technique Réalisations des
remblais et des couches de forme (GTR) sur lequel nous
reviendrons.

 ■ Les conditions climatiques
Les conditions climatiques ont une influence importante sur l’état
des sols, particulièrement des sols fins. La pluviosité agit rapidement
sur la traficabilité des matériaux (phénomènes de résistance au roulement,
de diminution d’adhérence, glissements). Au-delà de certains
seuils de pluviométrie, les matériaux ne sont plus traficables dans des
conditions économiques acceptables voire en sécurité. Il devient
impossible d’opérer le terrassement et la mise en oeuvre des matériaux
dans les normes requises, nécessitant alors l’arrêt du chantier.
Les événements météorologiques sont par nature aléatoires. Il
convient pourtant de gérer au mieux ces aléas :
— au stade du projet et de la programmation des travaux, en établissant
une prévision réaliste du potentiel de jours de travail ;
— au stade de la réalisation, en étant réactif pour pouvoir modifier
ou adapter la programmation et les moyens mobilisés le cas échéant.
■ La présence de l’eau
Les matériaux sont sensibles aux pluies mais leur teneur en eau in
situ peut également influer sur les conditions d’exécution du terrassement.
L’hydrogéologie fait partie de notre listing de paramètres.
La technique du terrassement peut impliquer parfois le rabattement
de nappes par des techniques diverses (le plus couramment
des tranchées drainantes).
Le terrassement dans l’eau fait également partie des possibilités
de certains projets. Citons notamment :
— le terrassement en site fluvial dans le cadre de dérivations de
fleuves ou de rivières ou de la réalisation ou du recalibrage de canaux
avec une utilisation possible des matériaux en endiguement ;
— l’extraction des matériaux dans des gravières qui nécessite
une gestion de stocks permettant l’essorage des matériaux ;
— le curage de matériaux fins ou organiques qui seront à mettre
en dépôt dans des conditions difficiles spécifiques nécessitant souvent
la confection de casiers pour déposer les matériaux.
Les terrassements sont réalisés au moyen de draglines ayant des
portées variables ou de pelles hydrauliques. Ils se situent à la lisière
de l’activité des dragages.
■ Les contraintes environnementales
Les contraintes environnementales sont fréquentes au stade de la
réalisation. Citons notamment :
— les contraintes de nuisance au bruit, imposant la limitation du
temps de travail ;
— la proximité de tirs à l’explosif vis-à-vis de riverains.
À noter en conclusion de cette analyse que ces éléments à prendre
en compte ont généralement des influences différentes sur chaque
opération élémentaire du cycle : excavation, transport, mise en
oeuvre. Ces influences peuvent parfois même se contrarier, ce qui ne
facilite pas la tâche.
2.2 Les nouveaux enjeux
Les nouveaux enjeux répondent à un objectif économique majeur
de l’activité du terrassement : optimiser l’utilisation des ressources
en matériaux du site.
■ La qualité des ouvrages en remblais
Une tendance forte de l’évolution des projets consiste dans la
réutilisation maximale des matériaux extraits sur le site pour satisfaire
des besoins en remblais aux caractéristiques mécaniques de
plus en plus élevées.
Cette évolution est favorisée par l’application de méthodes permettant
– sur la base d’études géotechniques – d’évaluer les aptitudes
des matériaux extraits et d’améliorer leurs performances en vue
de leur mise en oeuvre : tri et sélection, remaniement, élaboration,
traitement.

Le domaine des infrastructures en est le meilleur exemple. L’utilisation
des matériaux en remblais comporte :
— les corps de remblais ;
— les remblais de dispositions constructives : assises drainantes,
massifs drainants, masques, substitutions de purges... ;
— les couronnements de remblais terminés par des parties supérieures
des terrassements (PST) ;
— les couches de forme qui participent à la structure des chaussées.
À noter que les remblais de grande hauteur sont des ouvrages
exceptionnels requérant une méthodologie particulière.
■ Les traitements aux liants hydrauliques
Afin de transformer le matériau du site pour lui donner des aptitudes
qu’il n’a pas à l’état naturel (notamment des caractéristiques
mécaniques plus élevées) se sont développées à l’échelle industrielle
des techniques de traitements aux liants hydrauliques (chaux, ciments,
liants routiers). Dans le domaine des infrastructures, ces techniques
modernes permettent non seulement d’abaisser les teneurs en eau
trop élevées mais surtout de produire à grande cadence des matériaux
aptes à constituer des couches « nobles » supports de chaussées : des
PST, des couches de forme, voire des couches de fondation.
L’étude préalable de traitement permettra d’utiliser une majorité
des matériaux du site y compris des sols fins argileux, ce qui n’était
pas imaginable il y a encore quelques années.
Ces techniques ont un impact économique important ; elles permettent
de réduire l’épaisseur des couches de chaussées et par voie
de conséquence les apports – onéreux et souvent préjudiciables à
l’environnement – en matériaux de provenance extérieure au site
dont elles sont constituées.

3. Le terrassement, un métier

Le terrassement fait partie des métiers principaux de la construction
avec ceux du génie civil et du bâtiment.
Le métier du terrassement regroupe les savoir-faire et les compétences
que requièrent le projet et la réalisation des ouvrages en
terre dans des conditions optimisées.
La construction d’un ouvrage en terre est une opération composite
qui réclame, nous l’avons vu, la gestion de nombreux paramètres et
contraintes et nécessite l’application de méthodes et de techniques
adaptées au projet et à toutes natures de matériaux rencontrés.
Le métier est caractérisé par :
— la gestion d’aléas et la maîtrise des risques : matériaux, climatiques,
hydrogéologiques ;
— l’utilisation de matériels adaptés à la configuration du site et la
faculté de réagir rapidement à des conditions nouvelles créées par
les aléas rencontrés ;
— la recherche de nouvelles technologies : techniques, matériels ;
— l’inscription des ouvrages dans les sites et l’environnement ;
— l’optimisation de l’emploi, la valorisation des ressources en
matériaux du site qui est un enjeu majeur pour l’économie du projet
et le développement durable.
C’est une expérience de plusieurs années qui permet d’exercer ce
métier avec un professionnalisme de bon niveau. Par essence, l’activité
requiert également des capacités à piloter, à coordonner et à
programmer de grands projets, plus particulièrement ceux qui
concernent des infrastructures linéaires de transport.

L’évolution des matériels

L’outil fondamental des terrassiers c’est, bien entendu, les
matériels constitués en échelons regroupant les engins de production,
de transport, de mise en oeuvre et les engins
d’accompagnement ; l’organisation et la performance des échelons
de matériels ont une incidence prépondérante sur le coût
global de réalisation.
Un coup de projecteur sur leur évolution avant d’y revenir
plus en détail dans la sous-rubrique Réalisation.
Progrès notables enregistrés sur les matériels
D’une façon générale, des progrès constants sont réalisés sur
les gammes d’engins de terrassement. Ils portent notamment
sur l’introduction de l’électronique et la qualité des composants
mécaniques. L’introduction de l’électronique sur la plupart des
engins apporte des améliorations d’aide à la conduite, de
maniabilité, d’adaptation de la puissance au travail requis (par
exemple sur les pelles hydrauliques). Ces améliorations se traduisent
par des gains de rendements, de confort et de conduite
en sécurité du conducteur, ce qui est un progrès essentiel. Elles
diminuent également sensiblement les coûts de maintenance
(entretiens plus espacés, pannes moins fréquentes). Les progrès
des matériels se mesurent aussi par l’adaptation des
familles d’engins aux conditions d’exécution des chantiers. Le
tombereau articulé en est une illustration pour les chantiers présentant
des difficultés notables de circulation sur les pistes ou
de fortes rampes.
L’ensemble des progrès réalisés sur les nouveaux matériels
concourt à l’obtention d’une assurance dans la qualité des
ouvrages construits.
Avancées technologiques innovantes
Le terrassement se dote dans les dernières années des technologies
modernes (figures 8 et 9). L’outil informatique est bien
sûr de plus en plus présent notamment dans les phases d’études,
les opérations de topographie, l’équipement de nombre
d’engins. L’utilisation du GPS (Global Positioning System) est un
brillant exemple de l’adaptation du métier du terrassement aux
avancées technologiques. L’association d’un matériel électronique
embarqué à bord des engins et d’une liaison avec des satellites
permet d’innover sur plusieurs axes, notamment :
● le guidage des engins, une technologie appliquée actuellement
à :
— des engins de réglage : les niveleuses, les rotogrades permettant
d’améliorer les performances de rendement et de précision
(précision remarquable du centimètre),
— des engins de régalage, comme les bouteurs,
— des réglages de talus avec pelles hydrauliques : aide à la
conduite permettant de visionner sur un écran dans la cabine la
position relative du godet asservi par rapport au profil du projet,
et de guider ainsi l’engin de façon précise ;
● le positionnement des engins : en effet, de nouvelles applications
sont à l’étude sur d’autres types d’engins et notamment
dans le but de positionner en temps réel les engins de transport
effectuant leur cycle.

4. Découpage de la rubrique

Terrassement
La mise en équation de la multiplicité de paramètres que nous
avons décrits dans l’article introductif n’est pas tâche si aisée.
Nous avons choisi de traiter la problématique plus particulièrement
sur les infrastructures de transports routiers (ou ferroviaires
par similitude) car ils mettent en jeu la plupart des méthodes de terrassement
en matière de projet et de réalisation, en raison notamment
de la linéarité de ces ouvrages. Cette activité bénéficie de ce
fait de la recherche la plus approfondie dans le domaine des terrassements
à travers des guides techniques comme celui des Réalisations
des remblais et des couches de formes déjà citées et le
Guide technique Traitements des sols à la chaux et/ou aux liants
hydrauliques, tous deux édités en 2000 par le Laboratoire Central
des Ponts et Chaussées (LCPC) et le Service d’Études Techniques des
Routes et Autoroutes (SETRA).
La rubrique est découpée en trois sous-rubriques :
— une sous-rubrique Matériaux, qui porte sur la connaissance
des matériaux (propriétés naturelles, classification et traitements
des sols), fondamentale pour l’établissement du projet et la
réalisation du chantier dans des conditions optimales ;
— une sous-rubrique Conception du projet qui prend en compte
les paramètres listés précédemment, ce qui implique notamment :
• l’identification des matériaux (dossier géotechnique, études
de prospection de sols) et les analyses ou essais visant à déterminer
leurs aptitudes au réemploi en remblai et leur sélection
suivant les qualités requises, plus particulièrement à destination
de couches de structures ayant des caractéristiques mécaniques
plus élevées,
• le cas échéant, des études de traitement aux liants hydrauliques,
• les études hydrogéologiques,
• l’établissement d’un projet confronté à de nombreuses
contraintes, administratives comme la Loi sur l’eau ou liées à
l’acquisition des emprises, à l’environnement ou encore à
l’écologie.

• l’ordonnancement, la planification des tâches – dont découlera
le choix économique des moyens – prenant en compte la topographie
du site, la climatologie, les contraintes spécifiques du projet
comme les rétablissements des voies de communication, l’objectif
étant de bâtir un projet d’ensemble optimisé sur la base du
mouvement des terres économique.
Cette partie développera ces éléments en se plaçant successivement
dans le rôle et les missions de la Maîtrise d’Ouvrage, de la
Maîtrise d’oeuvre et de l’Entreprise.
— une sous-rubrique Réalisation, pour laquelle les objectifs, en
plus d’assurer la réalisation de l’ouvrage suivant le projet économique,
sont multiples :
• optimiser les méthodes et les techniques à tous les stades des
opérations de terrassement,
• utiliser les échelons d’engins les mieux adaptés,
• réagir et s’organiser économiquement si ce projet doit être
modifié à la suite de la découverte des terrains rencontrés à
l’exécution.