Géotechnique, mieux comprendre les sols

Connaître les sols pour mieux construire

salomé houllier binder

La connaissance des sols et de leur comportement est primordiale dans toute construction, quelle que soit sa nature. La géotechnique permet de répondre à ces questions afin de développer des solutions adéquates qui intègrent harmonieusement la construction dans son terrain. Le point avec Christian Voit, ingénieur EPFL et associé du bureau Karakas et Français SA, spécialisé dans la réalisation d’études en lien avec le sol.

En quoi consistE la géotEchniquE Et quEls En sont sEs principaux aspEcts ?

La géotechnique est l’étude des sols au sens mécanique du terme. Elle a pour but d’identifier les sols afin de déterminer leurs propriétés mécaniques en vue d’une construction. Cela touche les interactions sols/structures, par exemple la constructibilité des terrains, les effets réciproques des sols sur les structures, les fondations, le soutènement d’ouvrages, les infrastructures routières, etc.

Concrètement, le travail du géotechnicien consiste en la reconnaissance des sols par sondages, forages ou autre, ou par méthodes géophysiques. Cela permet de définir la composition et l’épaisseur des différents horizons (couches du sol) et d’en établir un modèle. En surface, ces prestations sont complétées par une étude pédologique, obligatoire pour tout projet supérieur à 5000 m2 au sol. Des essais en laboratoire sont ensuite effectués sur des échantillons pour déterminer les paramètres mécaniques des sols. La compilation des études et reconnaissances fait l’objet d’un rapport géotechnique qui formule en outre des recommandations pour l’excavation, le réemploi, les fondations, etc. Le bureau Karakas et Français fournit l’ensemble de ces prestations, y compris celles en laboratoire.

Suite à la construction du nouveau tunnel du LEB à Lausanne sous un tunnel existant, des tassements du sol sont intervenus. La sortie numérique des résultats montre (en rouge) les zones où l’intensité des déformations est la plus forte. L’entreprise Karakas et Français SA, fondée en 1964, est spécialisée dans la réalisation de travaux en lien avec le sol. En plus de la géologie, géotechnique et géostructure, elle propose également des prestations dans le domaine de l’environnement, des dangers naturels, de la gestion de matériaux pollués, de l’hydrogéologie, de la pédologie et de la modélisation numérique. Cette palette de prestations complète lui permet de gérer l’ensemble des problématiques géotechniques et environnementales de chantiers et, ainsi, d’offrir au maître de l’ouvrage une meilleure gestion des risques à l’aide de solutions adaptées et efficaces. En cohérence avec la volonté de développer des solutions numériques avancées, l’entreprise dispose en outre de son propre laboratoire de mesures. kfsa.ch

Est-il obligatoirE dE fairE appEl à un ingéniEur En géotEchniquE ?

Il n’existe pas d’obligation légale mais le recours à un géotechnicien est recommandé, soit comme consultant soit comme spécialiste, sur l’ensemble des phases SIA d’un projet. Dans de nombreux cas, l’ingénieur civil dispose des compétences nécessaires, notamment pour des petites constructions sur des sols «simples». En revanche, dans les zones de dangers naturels l’ECA demande l’intervention d’un spécialiste. Et au niveau de la mise à l’enquête, des études de risques sont régulièrement demandées pour évaluer la dangerosité du site en relation avec la construction et les mesures à prendre. Enfin, les assurances responsabilité civile sanctionnent l’absence de spécialistes en cas de problème.

Par ailleurs, les terrains sont de plus en plus rares et ceux qui restent sont souvent les plus délicats. Il est alors important de faire appel à un géotechnicien pour assurer la stabilité du bâtiment, même pour une simple villa. En effet, la majeure partie des dégâts et accidents géotechniques sont dus à l’inadaptation de l’ouvrage au site ou à une méconnaissance de la géologie du site et non à des erreurs de calculs géomécaniques.

pourquoi la géotEchniquE utilisE-t-EllE la modélisation numériquE ?

Le sol n’est pas un matériau normé comme le béton ou l’acier par exemple. Il est très hétérogène et son comportement varie en fonction des sollicitations. Il est donc important de l’analyser dans sa globalité. La modélisation numérique permet cela. Elle fournit des informations essentielles permettant d’améliorer le processus global de réalisation des projets. Elle prend en compte les différentes couches de sol mais également l’histoire et le «vécu» du site, notamment s’il a été sollicité par des charges induites par d’anciennes constructions. La modélisation numérique permet donc d’appréhender le comportement du sol et l’évolution des contraintes durant les différentes phases du projet afin d’en optimiser la conception.

C’est pourquoi le bureau Karakas et Français a récemment développé un pôle de modélisation numérique en appui aux prestations plus conventionnelles du géotechnicien. Cela nous permet d’être plus autonome et performant pour répondre à des demandes très spécifiques, tout en restant à la pointe de l’évolution des méthodes de calculs.

qu’Est-cE quE la méthodE par élémEnts finis Et à quoi sErt-EllE ?

Il existe deux approches numériques principales. Une approche numérique simplifiée établit une estimation des déformations et sollicitations des sols et des éléments structuraux. Une approche numérique avancée s’oriente vers une modélisation aux éléments finis 2D ou 3D. Le terrain est divisé en éléments afin de calculer l’équilibre à la sollicitation de chacun ainsi que leur relation et l’équilibre global. Cette méthode permet d’appréhender de manière très précise les modifications de contraintes du sol et les déformations attendues sur l’ouvrage et dans l’environnement construit voisin. Grâce à cette méthode, les incertitudes de prédictions sont réduites. Les solutions proposées s’en retrouvent optimisées, plus économiques et plus écologiques en réduisant la consommation de matériaux.