Guide de recommandations et bonnes pratiques dans les travaux de terrassement

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1 PROJET URBILCA Equipe de rédaction: Coordination du guide: Projet UrbiLCA Evaluation de l impact du Cycle de Vie et amélioration de l efficacité énergétique dans les zones urbaines David Cambra David Zambrana Ignacio Zabalza CIRCE - Centre de Recherche sur les Ressources et Consommations Energétiques Coordinateur Participants: CIRCE - Centro de Investigación de Recursos y Consumos Energéticos Cátedra UNESCO de Ciclo de Vida y Cambio Climático (ESCI-UPF) NOBATEK - Centre de Ressources Technologiques LNEG - Laboratório Nacional de Energia e Geologia, IP Guide de recommandations et bonnes pratiques dans les travaux de terrassement Guide de recommandations et bonnes pratiques dans les travaux de terrassement Projet UrbiLCA Evaluation de l impact du Cycle de Vie et amélioration de l efficacité énergétique dans les zones urbaines Participants: Marcos Navarro María Herrando CIRCE - Centre de Recherche sur les Ressources et Consommations Energétiques Marina Isasa Cristina Gazulla Chaire UNESCO Cycle de Vie et Changement Climatique (ESCI-UPF) Grace Yepez Lucie Duclos Maxime Pousse NOBATEK - Centre de Ressources Technologiques Paulo Partidario Paulo Martins Rui Frazão Anabela Correia Susana Camelo João Mariz LNEG - Laboratoire National de l Energie et de la Géologie, IP Numéro de Dossier: SOE4/P4/E824 UE/EU - FEDER/ERDF Edition: Mars, 2015

2 PROJET URBILCA Equipe de rédaction: Coordination du guide: David Cambra David Zambrana Ignacio Zabalza CIRCE - Centre de Recherche sur les Ressources et Consommations Energétiques Participants: Marcos Navarro María Herrando CIRCE - Centre de Recherche sur les Ressources et Consommations Energétiques Marina Isasa Cristina Gazulla Chaire UNESCO Cycle de Vie et Changement Climatique (ESCI-UPF) Grace Yepez Lucie Duclos Maxime Pousse NOBATEK - Centre de Ressources Technologiques Paulo Partidario Paulo Martins Rui Frazão Anabela Correia Susana Camelo João Mariz LNEG - Laboratoire National de l Energie et de la Géologie, IP Edition: Mars, 2015

3 Programme de Cooperation Territoriale SUDOE Interreg IV B Guide de recommandations et bonnes pratiques dans les travaux de terrassement Projet UrbiLCA Evaluation de l impact du Cycle de Vie et amélioration de l efficacité énergétique dans les zones urbaines UE/EU - FEDER/ERDF

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5 Preface Les zones urbaines occupent des surfaces inhérentes à leur disposition sur le territoire, qui se caractérisent par la longévité des constructions et par des irréversibilités physique et économique qui les rendent pratiquement impossibles à récupérer. En outre, la construction implique des travaux d urbanisme préliminaires, qui supposent la planification d infrastructures de mobilité de tous types rues et routes, eau, égouts, gestion des déchets domestiques, électricité, gaz, téléphone, etc. qui représentent une occupation du sol considérable. La planification de nouvelles zones de construction génère également de nouvelles demandes en termes de mobilité qui multiplient la nécessité de création d infrastructures supportées par les départements et les régions, impliquant une plus grande occupation de l espace. A partir des observations montrant que la majeure partie des méthodes et des outils existants actuellement se limitent à l analyse des bâtiments individuels, est née la nécessité d évaluer de manière globale le comportement énergétique des zones urbaines, dans lesquelles plusieurs types de bâtiments aux fonctions diverses cohabitent et où se développent un ensemble d activités, d infrastructures et de services associés. Le projet UrbiLCA «Evaluation de l impact du Cycle de Vie et amélioration de l efficacité énergétique des zones urbaines» ( ) entend donner une réponse à cette problématique. Ce projet, s inscrivant dans le Programme de Coopération Territoriale de l Espace Sud-Ouest Européen (SUDOE)-Interreg IV B cofinancé par les fonds FEDER de l Union Européenne, se positionne comme un travail de capitalisation de projets approuvés par le Programme SUDOE Interreg IV B ( ) dans le domaine du développement urbain et de la construction durable. 3

6 Preface Parmi ces projets, il convient de faire ressortir le projet EnerBuiLCA Life Cycle Assessment for Energy Efficiency in Buildings ( ), dont les résultats sont capitalisés au travers d un élargissement de l échelle spatiale de l Analyse de Cycle de Vie, en étendant les limites du système des bâtiments aux zones urbaines, conçues comme un regroupement de bâtiments et d infrastructures (rues, voies, parkings, fourniture d eau et d énergie, système de collecte des déchets, zones vertes, etc.) qui fournissent une série de services et permettent le développement d activités (comme la mobilité des habitants). De cette manière, il est possible de modéliser l impact global des zones urbaines et pas uniquement des bâtiments en analysant l influence des différents paramètres qui interviennent dans la conception et la planification urbaine du territoire. Parmi les éléments importants du projet, il convient de souligner la création de modèles mathématiques propres aux procédés et infrastructures associées au cycle de vie des zones urbaines, incluant les principales alternatives envisageables pour la distribution d eau, l électricité et les combustibles, la mobilité des usagers, la conception architecturale des bâtiments ou encore la collecte et le traitement des déchets. Le projet aborde ces thématiques à l échelle du territoire SUDOE dont les différentes zones présentent des similitudes sur le plan urbanistique mais aussi au niveau des solutions constructives, des matériaux utilisés et des conditions climatiques des différentes régions qui composent cet espace. L objectif est de chercher des solutions communes pour un développement durable du secteur de la construction dans la zone SUDOE. L objectif final du projet UrbiLCA est de promouvoir les économies d énergies, de matières premières et la réduction des impacts environnementaux issus de la gestion des zones urbaines durant leur cycle de vie. C est pourquoi la méthode d Analyse de Cycle de Vie, comme technique d évaluation dans la planification de nouvelles zones et la réhabilitation de zones existantes, sera promue. 4 Comme résultat de l application d une méthode quantitative innovante d analyse et d évaluation des impacts énergétiques et environnementaux des zones urbaines

7 Preface sur l ensemble de leur cycle de vie, le projet UrbiLCA envisage la publication d une collection de cinq guides d informations où se retrouveront un ensemble de recommandations, stratégies et critères pour l éco-conception et l éco-réhabilitation de zones urbaines. Ce recueil de cinq guides d information énonce une série de règles pour réaliser des évaluations quantitatives du niveau de durabilité des zones urbaines au fil de toutes les étapes de leur durée de vie utile: conception, construction, utilisation, entretien, démolition et disposition finale. Par ailleurs, on présente différents cas de réussite, recommandations et bonnes pratiques pour l amélioration de l efficacité énergétique et l impact environnemental des zones urbaines en indiquant les Meilleures Techniques Disponibles (MTD) applicables aux différentes étapes du cycle de vie des bâtiments et infrastructures associées aux zones urbaines, incluant la collecte et le traitement des déchets, le cycle urbain de l eau, la mobilité urbaine durable, les installations énergétiques de district et les opérations de terrassement. En définitive, les guides compilent un ensemble de recommandations qui peuvent aider à orienter les politiques de réduction des impacts énergétiques et environnementaux associés à l aménagement urbain du territoire, en contribuant ainsi à améliorer la réglementation existante au niveau européen, national et régional. Les guides d informations sont destinés à tous les acteurs du secteur de la construction et de l urbanisme, incluant les techniciens qui interviennent dans le processus de la construction et de l urbanisme, les responsables d entreprises industrielles du secteur, en passant par les professionnels de la maintenance, les responsables et techniciens des administrations publiques engagées dans la planification et la gestion urbaine mais également les universités et centres de recherches spécialisés dans les thématiques de l urbanisme et de la construction durable. Ignacio Zabalza Bribián CIRCE - Centre de Recherche sur les Ressources et Consommations Energétiques Coordinateur du projet UrbiLCA 5

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9 Table des matières Preface... 3 Table des matières Introduction Gestion des opérations de terrassement: Généralités Définition, classification et caractéristiques Etat des matériaux Foisonnement. Consolidation et compactage Réglementation européenne et nationale Travaux de terrassement en environnements urbains Travaux de génie civil préliminaires Terrassement Mise en œuvre des matériaux Terrassement Excavations/fouilles Remblais Technologie et machines Equipements d excavation, poussée, chargement et transport Epandage et nivellement Compactage Consommation d énergies et ressources Bonnes pratiques concernant la gestion des travaux de terrassement Exécution de galeries techniques Alternatives de fourniture d énergie à partir des energies renouvelables dans la gestion des travaux de terrassement

10 Table des matières 5. Méthodologie ACV appliquée aux travaux de terrassement Cas d étude exemplaires Ville olympique de Barcelone Eco-ville de Valdespartera Reduction du transport de terres au profit de la construction de barrieres acoustiques Références Liste des termes Liste des tableaux et figures Tableaux Figures

11 1 Introduction Lors de la réalisation d une opération d aménagement urbain, l une des premières étapes est le terrassement. Cette étape a pour but d obtenir les différentes cotes prévues dans le projet. Cette étape comprend également la réalisation des travaux nécessaires à la mise à disposition des rues, parcelles, etc., ainsi que des réseaux enterrés qui approvisionneront le quartier. Il s agit d une première tâche essentielle eu égard à l impact produit par les machines utilisées qui entrainent d importantes consommations énergétiques, génèrent des émissions de gaz polluants et ont une grande capacité d érosion du terrain. 9

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13 2 Gestion des opérations de terrassement: Généralités Le présent paragraphe présente une vision générale des différentes activités qui sont réalisées lors du terrassement d un terrain par le biais des travaux de mouvements des terres Définition, classification et caractéristiques Selon le Code Technique de la Construction (CTE), on entend par terrassement toutes les opérations de fouille ou remblayage contrôlé qu il est nécessaire de mener à bien pour adapter la topographie initiale du terrain à celle exigée par le projet. Le terrassement inclue également le contrôle des nappes phréatiques afin d éviter qu elles interfèrent avec ces opérations ou avec les constructions enterrées. L une des premières tâches qui est exécutée dans un aménagement urbain est la transformation du terrain primaire jusqu à l obtention des différentes cotes établies dans le projet. A cet effet, on doit réaliser les actions suivantes: Déblayage : cette étape consiste à déplacer les terres qui se trouvent audessus du plan de démarrage de la construction ou de la cote finale sur laquelle vont être exécutés la rue, l aménagement urbain, les parcelles ou les autres éléments de l aménagement. Remblai : cette étape consiste en un apport de terres qui va permettre d atteindre la cote du terrain nécessaire au démarrage de la construction de l aménagement. 11

14 La Figure 1 montre un schéma des définitions de déblai et remblai. Remblai Profil initial Déblai Figure 1. Schéma de classification du terrain. Source: Compilation de l auteur à partir de NTE-CCT/1977. Lors des travaux de type «remblai», on distingue quatre zones dont la géométrie est définie dans le projet d aménagement urbain: 12 Couronnement: Partie supérieure du remblai sur laquelle s appuie la couche de base d une épaisseur minimum de deux couches et toujours supérieure à cinquante centimètres (50 cm). Noyau: Partie du remblai comprise entre la fondation et le couronnement. Accotement: Partie extérieure du remblai qui fait occasionnellement partie du talus. On considère que les revêtements sans mission structurelle dans le remblai du type plantations, couverture de terre végétale, empierrement, protection anti-érosion ou autres ne font pas partie de l accotement. Fondation: Partie inférieure du remblai en contact avec la surface d appui. Son épaisseur est d un mètre (1 m) au minimum.

15 La Figure 2 montre un schéma des zones d un remblai. Terrain naturel Esplanade 4% Couronnement 1,5 1 Accotement Noyau Fondation Accotement Figure 2. Schéma des différentes zones dans un remblai. Source: Compilation de l auteur à partir de NTE-CCT/1977. Terrassement et nivellement du terrain : il s agit des travaux nécessaires pour obtenir un terrain conforme aux spécifications des cotes du projet et complétant les travaux de remblayage et déblayage. De cette manière, on obtient un plan constant conforme aux exigences du projet. La Figure 3 montre l état du terrain après les travaux de terrassement et de nivellement réalisés sur les terrains qui ont accueilli l Exposition Universelle 2008 dans la ville de Saragosse, Espagne. 13

16 Figure 3. Terrassement et nivellement du terrain réalisés dans la ville de Saragosse, Espagne pour l exécution de l enceinte de l Exposition universelle Durant les travaux de transformation du terrain primaire, on recommande de réutiliser les terres existantes de manière à ce que les quantités de terres excédentaires d une zone puissent être utilisées dans une autre zone qui nécessitera un remblayage pour atteindre la cote finale du projet. A cet effet, on doit envisager la réutilisation des terres excédentaires au cours de la rédaction du projet d aménagement urbain de manière à ce qu il existe, dès le début des travaux, une coordination des tâches et une estimation appropriée de la capacité de réutilisation des terres. D un point de vue environnemental, la réutilisation des terres est bénéfique. D une part, on réduit le nombre de camions nécessaires pour le transport des nouvelles terres et d autre part, on réduit le transport et le traitement ultérieur des terres originales. 14 Les travaux de construction des ouvrages commencent après les travaux préliminaires de mise en forme. A cet effet, les travaux de terrassement sont importants et augmentent en fonction du nombre de sous-sols que comporteront les bâtiments

17 à construire. Dans ce cadre, l excavation des terres se réfère aux fouilles qui doivent être réalisées pour atteindre la cote du terrain sur lequel sont réalisées les fondations. C est par conséquent le terme utilisé pour l excavation de toutes les terres du terrain jusqu à la plateforme des fondations. La Figure 4 montre l excavation du sol pour la construction d un centre commercial en environnement urbain dans la ville de Saragosse, Espagne en Figure 4. Excavation du sol pour la construction d un centre commercial dans un environnement urbain dans la ville de Saragosse, Espagne en En raison des difficultés que peut présenter la stabilité des terres périphériques d un terrain qui fera l objet d une extraction de grande profondeur, il existe diverses techniques pour la réaliser comme des tranchées étayées, des parois moulées et micropieux capables de contenir le terrain périphérique. Chacune d elles devra être sélectionnée en fonction des caractéristiques du terrain. Tranchée étayée : elle consiste en l excavation par portions alternées, généralement d une largeur non supérieure à deux mètres (2 m) et l exécution des fondations / murs de soutènement dans cette zone, suivi des travaux de fouille jusqu à l achèvement de la totalité de l extraction du sol. 15

18 Paroi moulée : il s agit d un mur de soutènement qui est construit avant d effectuer l excavation du sol afin de fixer les terres périphériques et supporter les efforts/poussées du terrain. Micropieu : il permet l extraction du sol avec un terrain périphérique qui présente une certaine instabilité en utilisant une série d ancrages qui consistent en l injection de béton et d armature métallique qui sont ensuite tendus avec des vérins hydrauliques garantissant la stabilité du terrain. La Figure 5, montre la façon dont les techniques de paroi moulée et de micropieu ont été utilisées pour garantir la stabilité du sol périphérique d un terrain sur lequel est construit un Centre Commercial dans la ville de Saragosse, Espagne, en Il convient de signaler que le niveau d assise des fondations se situe environ 16 mètres en dessous du niveau de la rue. Figure 5. Micropieux et paroi moulée réalisés pour la fixation des parois lors de l extraction d un terrain avec un niveau d assise des fondations à 16 mètres dans la ville de Saragosse, Espagne, en

19 Un autre travail de terrassement qui doit être réalisé durant les travaux d aménagement urbain consiste en l excavation de tranchées et puits qui, même s ils impliquent un moindre cubage de terres, sont également importants en raison de l impact produit tant en consommation de carburant des machines qu en production de déchets inertes. La fouille peut être définie comme le retrait de manière manuelle ou mécanique d un certain volume de sol en vue de son transport ou stockage ultérieur. Selon la définition des Normes Techniques de construction (NTE) espagnoles, est considérée comme une tranchée une zone ayant une largeur ou diamètre non supérieur à deux mètres (2 m) et une profondeur non supérieure à sept mètres (7 m). Les dimensions d une tranchée sont déterminées par l espace nécessaire au confort des travaux. Eu égard à sa profondeur, on recommande de considérer les rapports de Profondeur - Largeur minimum conseillés dans la norme NTE-ADZ/1976: Jusqu à 1,5 m - 0,65 m Jusqu à 2 m - 0,75 m Jusqu à 3 m - 0,80 m Jusqu à 4 m - 0,90 m Plus de 4 m - 1,00 m Il conviendra de considérer la réalisation de boisages ou talus afin de garantir la stabilité des terrains proches de la tranchée, lesquels permettront d obtenir la cote de travail. Un boisage est un type de structure de soutènement provisoire, construit au moyen de panneaux en bois ou d éléments métalliques qui permettent la répartition des poussées du terrain en évitant l éboulement des terres. La Figure 6 montre un schéma dans lequel on combine les talus et les boisages pour atteindre le niveau souhaité dans une tranchée. Enfin, il convient de signaler que les rapports de Profondeur Largeur minimum déterminent également la quantité de terre déplacée des fouilles des tranchées et puits qui est transportée ensuite pour son traitement final. 17

20 Figure 6. Combinaison de talus et boisage. Source: Institut National de Sécurité et d Hygiène au travail (1977) Etat des matériaux Le mouvement des terres est conditionné par les caractéristiques physiques et chimiques des matériaux qui composent le terrain. Il est ainsi indispensable de connaître la composition et la dureté des matériaux qui composent le terrain sur lequel on veut travailler. On présente ci-après différents types de terrain: Terre végétale : couche superficielle d un terrain où la végétation a poussé et qui contient une grande quantité de matière organique et de débris végétaux, la première couche d un terrain épaisse de 20 cm pourra être dénommée terre végétale. Terrain meuble : il s agit des terres de culture avec des argiles, limons, sables, graviers ou tout autre granulat et un contenu variable de matière organique. Terrain compact : terres avec des argiles dures, roches lâches et gros matériaux granulaires. Terrain de transit : Grès en fines couches et roche désagrégée. Terrain rocheux : Grès compacts, granits, pierres calcaires et marnes dures. 18 La Figure 7 montre l aspect d un terrain ordinaire sur lequel on peut observer la première couche de terre végétale.

21 Figure 7. Photo de terre végétale qui compose un terrain. La classification d un terrain à partir de sa courbe granulométrique est un moyen permettant de mieux connaître les matériaux qui le constituent. La courbe granulométrique est la représentation graphique de la structure d un sol du point de vue de la taille des particules qui le composent. Lorsqu on connaît sa composition, il est possible de prévoir son comportement. La Figure 8 montre la classification d un sol selon son pourcentage de sables, limons et argiles % sable Argile % argile Argile sableuse Limon argilo-sableux P Limon argileux Argile limoneuse Limon argileux léger Sable Limon sableux Limon Limon léger % limon Figure 8. Classification graphique d un terrain selon le pourcentage et la taille des particules qui le composent. Source: Département de l Agriculture des Etats-Unis

22 La dénomination du terrain s opère en fonction de la taille des particules qui le compose comme on le montre dans le Tableau 1. Tableau 1. Classification des sols selon la taille des particules. Source: Compilation de l auteur à partir des données de la réglementation Internationale ASTM D-4318 et du Dép. de l Agriculture des Etats-Unis. Dimension de la particule élémentaire (mm) <0,001 <0,002 0,01 0,01 0,02 0,05 0,10 0,25 0,20 0,50 1,00 2,00 3,00 5,00 10,00 20,00 >20,0 Atterberg - (Système International) (norme ASTM D-4318) Argile Limon Sable fin Sable grossier Gravier fin Gravier Gravier grossier et pierres Dép. de l Agriculture des Etats-Unis Argile Limon Sable très fin Sable fin Sable grossier Sable très grossier Gravier fin Gravier Gravier grossier et pierres En fonction du pourcentage et de la taille des particules qui composent un sol, celui-ci se comportera d une certaine manière face aux actions auxquelles il sera soumis. Ces caractéristiques détermineront le type de machines nécessaire aux terrassements à réaliser au début des travaux d aménagement urbain. 20 Une autre caractéristique importante du sol est sa perméabilité, celle-ci tend à augmenter en présence de failles, fissures ou autres défauts structurels. A titre

23 d exemple, le calcaire et le grès sont des roches perméables tandis que l argile ou le basalte sont pratiquement imperméables. En outre, cette caractéristique du sol influe sur le comportement du terrain et plus encore en présence d eau (pluie, nappes phréatiques ou conduites cassées) et elle est déterminante pour connaître son foisonnement Foisonnement. Consolidation et compactage En plus de la connaissance du type de matériaux présents dans un sol, on doit considérer leur influence sur les principales actions du mouvement des terres. Le Foisonnement se réfère à l augmentation du volume des terres lors de l exécution de la fouille. Cette augmentation de volume est exprimée au travers du pourcentage d augmentation du volume par rapport au terrain à l état vierge. Si le matériau extrait est utilisé ultérieurement comme matériau de remblai, il peut retrouver son volume initial et peut même diminuer. Cette caractéristique du matériau est importante pour l estimation du stockage, transport, épandage et compactage des terres. La Figure 9 montre l aspect d un terrain qui a augmenté de volume en raison du foisonnement. Figure 9. Aspect d un terrain qui a vu son volume augmenter en raison du foisonnement. 21

24 Pour le calcul du foisonnement d un terrain (C), on peut utiliser la formule suivante: C u [(V V )! 100] / V Où V est le volume des terres déjà foisonnées et V le volume de la fouille ou déblai réalisé. La Figure 10 montre un schéma du phénomène de foisonnement de la terre. V V Figure 10. Phénomène de foisonnement des terres. Source: René V. (2010). En fonction des différents types de terrain, le Tableau 2 montre la variation dudit coefficient: Tableau 2. Tableau du foisonnement selon le type de terrain. Source: Compilation de l auteur à partir de Tiktin J. (1997). Type de terrain Terrains lâches sans cohésion (Terre végétale) Terrains meubles Terrains compacts ou de transit Terrains rocheux Déblais Taux de foisonnement 10% 20% 30% 40% Varie entre 40 et 80% Le taux de foisonnement doit être pris en compte au moment de prévoir la quantité de camions dont on aura besoin pour le transport des terres car un foisonnement plus important entraînera un plus grand nombre de transports (dû à la densité apparente) et, par conséquent, des impacts accrus associés à la consommation de carburant. 22 Le volume apparent d un type de sol dans une zone de travail déterminée peut être calculé à partir du critère de caractérisation suivant qui permet le calcul approximatif des volumes de terre à déplacer.

25 Tableau 3. Caractérisation du terrain. Source: Compilation de l auteur à partir de Tiktin J. (1997). Type de matériau pour mouvement de terres Terre végétale % Argile (fine) % Sable % Gravier % Roche % Densité apparente du Tableau 4 Terre végétale Argile sèche Sable sec Gravier sec 75% roche 25% terre Le pourcentage du type de terrain est obtenu en fonction des données apportées par les prospections et le prélèvement d échantillons réalisés au cours de l étude géotechnique de la zone de travail. La formule suivante permet de connaître les tonnes à transporter par type de matériau présenté dans le Tableau 3: Tonnes à transporter u %en masse (type terrain)! m 3 total! densité apparente Le Tableau 4 montre les densités apparentes par type de matériau dans le sol. Tableau 4. Densités des matériaux. Source: Tiktin J. (1997). Matériau f L (t/m 3 ) Matériau f L (t/m 3 ) Calcaire 1,54 Naturel 1,93 Naturel 1,66 Gravier Sec 1,51 Sèche 1,48 Mouillé 2,02 Humide 1,66 Sable et argile 1,60 Argile et gravier Sec Humide 1,42 1,54 Plâtre fragmenté Grès 1,81 1,51 75% roche - 25% terre 1,96 Sec 1,42 Roche altérée 50% roche - 50% terre 1,72 Sable Humide 1,69 25% roche - 75% terre 1,57 Très humide 1,84 Terre Sèche Humide 1,51 1,60 Terre et gravier Sec Humide 1,72 2,02 Boue 1,25 Terre végétale 0,95 Granite fragmenté 1,66 Basaltes et diabase fragmentés 1,75 Neige Sèche Humide 0,13 0,52 23

26 Par ailleurs, à l instar du foisonnement, il convient de considérer les caractéristiques de compactage des terres. Le compactage se réfère au procédé de transmission d énergie à un sol au moyen duquel on parvient à éliminer les espaces vides entre les particules du terrain en augmentant ainsi sa densité et, par conséquent, sa capacité portante et sa stabilité, entre autres propriétés. Pour obtenir cette transmission d énergie on utilise des machines spécifiques. Il s agit de machines aux dimensions très diverses qui s adaptent aux besoins du terrain. La Figure 11 montre un compacteur. Figure 11. Exemple de compacteur. 24

27 Comme pour les fouilles, la présence d eau/humidité selon le type de sol modifie son comportement au compactage. Ainsi, avant de compacter un sol, on doit déterminer son humidité afin de réaliser un compactage approprié. Le degré d humidité du matériau à compacter est déterminé conformément à un essai normalisé dénommé Proctor modifié. Cet essai tient compte des facteurs suivants: Epaisseur de la couche de matériau qui est compactée. Pression exercée par le rouleau compresseur. Nombre de passes que doit réaliser un compacteur pour obtenir le degré de compacité voulu. Humidité présente au moment de réaliser l opération. Eu égard à l activité qui détermine la consommation énergétique du compactage, le nombre de passes à réaliser doit être suffisant pour obtenir le degré de compacité exigé en fonction du type de terrain. La Figure 12 montre un exemple de compactage de sol durant les travaux de terrassement sur un terrain de l Université de Saragosse, Espagne, en Figure 12. Exemple de compactage de sol durant les travaux de terrassement sur un terrain de l Université de Zaragoza, Espagne en

28 2.2. Réglementation Européenne et Nationale On présente ci-après les différentes Normes Européennes et Nationales dont le contenu est lié au mouvement des terres et/ou creusement de tranchées: Norme Européenne qui réglemente le calcul géotechnique des structures dans les bâtiments et les ouvrages de génie civil. Eurocode 7. EN (1997). Arrêté du 30 juin 2012 portant approbation de prescriptions techniques prévues à l article R du code de l environnement. Arrêté du 28 juin 2012 pris en application de l'arrêté du 15 février 2012 d'application du chapitre IV du titre V du livre V du code de l'environnement relatif à l'exécution de travaux à proximité de certains ouvrages souterrains, aériens ou subaquatiques de transport ou de distribution. Documents Techniques Unifiés (DTU) contenant des règles techniques relatives à l exécution des travaux de bâtiment au moyen de méthodes traditionnelles (par exemple DTU relatif au terrassement pour le bâtiment). Décret n du 5 octobre 2011 relatif à l'exécution de travaux à proximité de certains ouvrages souterrains, aériens ou subaquatiques de transport ou de distribution. Norme NF E , Arrêté du 5 mars 1993, Arrêté du 1er mars 2004,... relatifs à l entretien des engins de terrassement. Code de l Environnement, Circulaires ministérielles du 8 février 2007 relatives aux sites et sols pollués. Circulaire du 15/02/00 relative à la planification de la gestion des déchets de chantier du bâtiment et des travaux publics (BTP). 26

29 3 Travaux de terrassement en environnements urbains En cas de réalisation de travaux de terrassement en environnements urbains, les principales tâches qui sont réalisées concernent: l exécution de tranchées pour le passage des installations, l établissement des voies et l extraction des sols pour la construction. Dans ce dernier cas, l utilisation de systèmes d ancrage des sols périphériques, comme ceux cités dans le paragraphe 2 du présent Guide, est particulièrement important pour éviter des glissements de terrain et des problèmes sur les voies et bâtiments voisins Travaux de génie civil préliminaires Les différentes tâches précédant les travaux de terrassement sont: Préparation des surfaces planes. On y procède dans le cas des terrains urbanisés. Une première étape consiste en la suppression des revêtements présents au sol et éléments de finition. On retire ensuite la terre végétale (environ 20 cm) du fait que cette couche contient de la matière organique (plantes, racines, etc.). La gestion de la terre végétale est réalisée séparemment car la combinaison avec les autres terres pourrait occasionner des problèmes en raison de la décomposition des matières végétales. Piquetage. Il consiste à reporter sur le terrain les ouvrages définis sur les plans, en matérialisant les axes des voies, limites de parcelles, canalisations des installations, etc. A cet effet, on utilise des appareils topographiques pour marquer le terrain au moyen de piquets ou jalons. La Figure 13 27

30 montre le piquetage réalisé pour l exécution d une tranchée à partir d un appareil topographique et de chaises. Figure 13. Piquetage réalisé pour l exécution d une tranchée Terrassement Les travaux de terrassement sont les travaux qui sont réalisés sur un terrain, par des moyens manuels ou mécaniques, pour le modifier et l adapter au projet, préalablement préparé, pour l exécution d une construction ou d un ouvrage. A cet effet, la première chose qui doit être réalisée est un calcul qui apportera les mesures nécessaires pour atteindre l objectif visé. La Figure 14 montre une vue en coupe pour le mouvement des terres. Figure 14. Vue en coupe pour le mouvement des terres. Source: René V. (2010). 28

31 Par ailleurs, la Figure 15 montre un exemple d un plan de mouvement des terres. Figure 15. Schéma d un plan de mouvement des terres. Source: René V. (2010). A partir du plan de mouvement des terres, on réalise les activités décrites dans le paragraphe 2 relatif à la gestion des travaux de terrassement Mise en œuvre des matériaux La mise en œuvre des matériaux durant les travaux de terrassement commence par la séparation de ces derniers en fonction de leur granulométrie. Cette étape est réalisée en utilisant des tamis qui caractérisent le type de matériau de manière à ce que les terres puissent être utilisées dans d autres travaux du même projet ou d un projet différent. Dans la mesure du possible, les matériaux des fouilles sont utilisés dans la formation des remblais et autres usages fixés dans le projet et sont transportés directement vers les zones prévues dans celui-ci. Ainsi, il est opportun de donner la priorité à l utilisation des terres excédentaires d une même zone de travail pour les travaux de nivellement et de remblayage. 29

32 Cependant, il peut arriver que ces terres ne puissent être utilisées sur le chantier, raison pour laquelle avant d envoyer les terres à la décharge, on doit proposer leur réutilisation sur un autre ouvrage/zone différente, que ce soit au travers de travaux de restauration, préparation, remblai ou actions singulières. Au titre d actions singulières, on peut envisager la création de barrières de protection acoustique pour les quartiers, la création de monticules près des berges ou encore des actions d un point de vue artistique dans des zones vertes, en créant des dénivellations et monticules. On évite ainsi l envoi des terres à la décharge. La Figure 16 montre un exemple de création de monticules décoratifs dans une zone verte, ce qui évite l évacuation des terres à la décharge. Figure 16. Exemple de création de monticules décoratifs dans une zone verte, ce qui évite l évacuation des terres à la décharge. 30

33 Terrassement Les travaux de terrassement regroupent des travaux de déblaiement et de remblayage et visent à obtenir la planéité du terrain. La Figure 17 montre un exemple d épandage et de nivellement de terres. Figure 17. Niveleuse réalisant des travaux d épandage et de régalage de terres Excavations/Fouilles Les excavations/fouilles en environnements urbains sont nécessaires pour l intégration des installations d assainissement, réseaux électriques et autres installations nécessaires dans un aménagement urbain. Dans certains cas, les travaux d excavation sont plus importants du fait qu on met aujourd hui l accent sur l utilisation de systèmes pneumatiques de collecte des déchets solides urbains ou de système de climatisation au niveau des quartiers (District heating/cooling). Ces nouvelles tendances augmentent la quantité de fouilles en tranchées et en puits nécessaires et par conséquent augmentent de manière importante l impact des travaux de terrassement. Les caractéristiques des fouilles sont totalement liées à la dureté du terrain, elles peuvent être classées en fouilles en sol rocheux, sol compact (transit) et en terre. La Figure 18 montre un exemple de mouvement de terres réalisé pour la pose d une installation d assainissement. 31

34 Figure 18. Mouvement de terres pour la pose d une installation d assainissement. La fouille en tranchée est l excavation longitudinale dont le fond a une largeur égale ou inférieure à deux mètres, les parois pouvant être verticales ou inclinées avec une certaine pente. La Figure 19 montre un détail de tranchée pour la canalisation d installations. Figure 19. Détail de tranchée pour l installation de canalisations. 32

35 Selon les dimensions de la tranchée, il est nécessaire d incorporer des éléments auxiliaires de retenue des terres ou blindage. Ces éléments auxiliaires se rencontrent fréquemment dans les zones urbaines du fait qu elles manquent souvent de pente. Pour les petites fouilles en pleine masse ou les fouilles en tranchée, la structure prend la forme de panneaux pour la retenue de la terre, ces panneaux sont butés l un sur l autre au moyen de vis ou vérins hydrauliques qui apportent la force de retenue contre le talus. La Figure 20 montre un détail de l exécution de blindages a) sur un seul côté et b) des deux côtés. 4 m max. 1,50 m max. 0,50 m d d6h/2 d6h en terrains argileux 0,70 m max. 1,20 m h a) b) Figure 20. Détail de l exécution de blindages a) sur un seul côté et b) des deux côtés. Source: Institut National de la Sécurité et de l Hygiène au travail. Une autre singularité qui peut apparaître dans le cas du creusement de tranchées est la présence d'eau. Cela doit être pris en compte car cela nécessite des moyens et installations auxiliaires pour réaliser son extraction, tout cela entrainant des consommations d énergie. La présence d eau dans les tranchées peut entraîner des problèmes de stabilité au niveau des parois de la tranchée et provoquer son effondrement Remblais Les remblais consistent en un déversement et un compactage de couches de matériaux jusqu à l obtention de la cote souhaitée. Leur exécution comprend les opérations de préparation de la surface d appui du remblai, le déversement des matériaux par couches, l humidification ou l assèchement des couches pour obtenir l humidité appropriée à leur compactage correct et enfin le compactage. On 33

36 décrit ci-après deux bonnes pratiques associées aux remblais à partir de fouilles en sol rocheux et remblais en matériaux de démolition: Remblais à partir de fouilles dans un sol rocheux. Les fragments de roche de plus grande taille et pierres admissibles peuvent être utilisés dans la protection des talus et canalisations d eau comme protection contre une possible érosion des zones vulnérables. La Figure 21 montre un exemple d utilisation de pierres pour la création d un ouvrage de protection des rives contre les crues dans la ville de Saragosse, Espagne. Figure 21. Exemple d utilisation de pierres pour la création d un ouvrage de protection des rives contre les crues dans la ville de Zaragoza, Espagne. Si lesdits matériaux ne peuvent être utilisés et adaptés à l endroit, on recommande de procéder à leur concassage à une taille acceptable et de les envoyer à la décharge. 34 Remblais en matériaux de démolition. En France, la Circulaire du 15/02/00 relative à la planification de la gestion des déchets de chantier du bâtiment et des travaux publics (BTP) énonce la réglementation en vigueur en matière de réutilisation des matériaux de démolition en remblais. L utilisation de déchets inertes provenant d activités de construction ou de démolition dans la restauration d un espace environnemental abîmé, dans des ouvrages de mise en condition ou remblais, peuvent être considérés comme une opération de valorisation des déchets car cela évite leur élimination dans des décharges.

37 Cette activité est positive car elle évite non seulement leur traitement mais aussi leur transfert en plus de la réduction de l utilisation de nouvelles terres. Cependant, on doit prendre en compte que l utilisation de ces matériaux de remblai peut provoquer un danger de stabilité pour les constructions ou édifications se trouvant sur ces terrains Technologie et machines On décrit ci-après les principales techniques de fouilles et les différents types de machines qui peuvent être utilisées dans chacune des activités principales réalisées dans le mouvement des terres: Extraction des terres. L extraction des terres s effectue au début du projet au moyen, en autre machines, d une chargeuse pelleteuse. La Figure 22 montre un exemple de chargeuse pelleteuse commençant les travaux d extraction des terres. En diverses phases et au moyen de l enlèvement des terres avec des camions, on atteint la plateforme de fondation, à cet effet on réalise différentes rampes, comme celles que l on montre dans la Figure 4. Figure 22. Chargeuse pelleteuse commençant les travaux d extraction du sol. 35

38 Parois moulées. La paroi moulée est un mur de soutènement qui est construit avant d effectuer l extraction des terres et qui permet de transmettre les efforts au terrain. Pour la réalisation d une paroi moulée on utilise une machine spécifique dénommée benne preneuse comme on le montre la Figure 23. L excavation du périmètre du terrain permet d avoir un espace suffisant pour procéder au bétonnage de la paroi. De cette manière, ce mur agit comme un élément de soutènement des parois du terrain et évite l effondrement des bâtiments voisins. Ces éléments structuraux souterrains sont également employés de manière temporaire pour le soutènement et la retenue de parois et sont communément utilisés dans les grandes excavations ou entre excavations mitoyennes. Figure 23. Benne preneuse pour l exécution de l excavation du mur. 36 Injections/pieux forés/ancrages. Ils sont utilisés comme éléments de retenue lors de l extraction des terres. On procède à la fixation des talus au moyen d ancrages dans le mur du terrain, avec le considérable avantage de rendre tout étayage inutile. Ces éléments d ancrage confèrent de la stabilité avec un très faible indice de déformation. A mesure que l excavation progresse, on réalise les ancrages

39 sur un ou plusieurs niveaux au moyen de câbles encastrés avec de petites forages injectés avec du ciment, on tend ensuite en appliquant sur le support des efforts égaux ou supérieurs à ceux du terrain. La Figure 24 montre un Wagon Drill, 1 la machine utilisée pour la réalisation de ces pieux. Figure 24. Ancrages de paroi moulée réalisés par un Wagon Drill Equipements d excavation, poussée, chargement et transport Les principaux équipements pour le mouvement des terres sont ceux utilisés pour les travaux d excavation, chargement et transport, de même que les équipements à usage particulier comme ceux utilisés pour les travaux de terrassement de mise à niveau. On présente ci-après une classification générale: Engins d excavation et de chargement: Angledozers. Scarificateurs. Niveleuses. Décapeuses (Figure 25). Chargeurs (Figure 26). 1. Le Wagon-Drill hydraulique est une unité de forage montée sur une structure mobile équipée de roues ou de chenilles en caoutchouc pour une utilisation sur des zones de travail horizontales. 37

40 Figure 25. Décapeuses. Figure 26. Exemples de chargeurs. Les engins d excavation et de chargement sont des machines qui effectuent les excavations en se déplaçant et sont utilisés pour la réalisation des excavations superficielles. Ces engins sont normalement utilisés pour le chargement des matériaux déjà excavés ou en vrac. La Figure 27 montre un exemple d une chargeuse pelleteuse en fonctionnement. Figure 27. Chargeuse pelleteuse effectuant des travaux d excavation. 38

41 Engins d excavation fixes (sans déplacement). Il s agit de machines qui réalisent des excavations dans des déblais, tranchées et autres travaux qui ne nécessitent pas de déplacement de la machine. A savoir que lorsque l excavation est terminée en un point, la machine est transférée vers un nouvel emplacement de travail mais ne creuse pas durant ce déplacement. On trouve dans ce groupe: Excavatrices hydrauliques à pelle ou marteau. Excavatrices à câbles. Pelles à benne traînante (Figure 28). Pelles frontales. Excavatrices à godets. Figure 28. Pelle à benne traînante. Figure 29. Engin de forage. 39

42 Engins à usage particulier et engins de transport. Il existe d autres machines chargées du transport des matériaux et de soutien aux travaux de terrassements, comme par exemple: Engin d épandage ou niveleuse (Figure 30). Figure 30. Engin d épandage des terres (Bulldozer). Camion benne de transport de terres (Figure 31) Tombereau Engin de transport Engin d arrosage Figure 31. Camion benne de transport des terres. 40

43 Epandage et nivellement L épandage et le nivellement incluent les travaux de répartition et mise en forme des terres d un endroit déterminé pour atteindre les caractéristiques nécessaires à son utilisation comme plateforme d un aménagement urbain. Ces tâches sont étroitement liées aux possibilités de compactage qui dépendent, en outre, du type de matériau. Les causes déterminant les épaisseurs d épandage peuvent être classées en fonction de: Le type de matériau (granulométrie, plasticité, degré d humidité). L énergie de compactage. Le type de compacteur et caractéristiques. Le nombre de passes. La vitesse Compactage Le compactage est le procédé visant à augmenter mécaniquement le poids par unité de volume d un sol ou matériau de base. A savoir, augmenter la densité unitaire du terrain. Le compactage est réalisé par couches, en ajoutant du matériau et en le compactant au moyen de l admission de matériau en couches. Son exécution comprend les opérations suivantes : Préparation de la surface d appui de l ouvrage type remblai. Epandage d une couche. Humidification ou assèchement d une couche. Compactage d une couche. Les trois dernières opérations sont répétées autant de fois que nécessaire. De cette manière, la consommation énergétique est déterminée par le nombre de 41

44 répétitions. Le principal objectif du compactage est d améliorer les propriétés du sol en recherchant les objectifs suivants: Augmenter la résistance au cisaillement et améliorer la stabilité des remblais et la capacité portante des fondations et pavements Diminuer la compressibilité et les tassements Diminuer les espaces vides et la perméabilité Réduire le potentiel d expansion, contraction ou l expansion en raison du gel. Gaz froid Entrée Sortie Tuyau de gel Excavation à protéger Paroi congelée Figure 32. Schéma de fonctionnement du système de contrôle des sols par congélation. Source: Compilation de l auteur. 42 Pour mesurer le degré de compacité du matériau d un sol ou d un remblai on doit établir la densité sèche du matériau. On doit tenir compte dans l obtention de la densité sèche de l énergie utilisée durant le compactage. Il dépend également de la teneur en humidité. Pour établir les caractéristiques du sol et garantir son compactage, on doit réaliser différents essais de compacité, des essais de Proctor normal selon UNE :1994 Géotechnique.

45 3.4. Consommation d énergies et ressources Les machines nécessaires aux travaux de terrassement, en raison de leur singularité et de la forte exigence de chargement à réaliser, présentent des ratios importants de consommation d énergie. Ainsi, le choix d une machine efficace s avère très important pour économiser les coûts, de même que pour la diminution des émissions dérivant de la combustion des carburants fossiles. La consommation réelle de carburant ne peut être connue qu après la réalisation des travaux car elle dépend beaucoup du type de travail qu exécutera la machine et, par conséquent, du facteur de charge du moteur. Un moteur qui produit en permanence sa pleine puissance nominale opère à un facteur de charge de 100%. Les machines dédiées au mouvement des terres atteignent par intermittence un facteur de charge de 100% mais opèrent peu fréquemment à ce niveau durant des périodes prolongées. Les périodes de déplacement de la machine sans charge ou les manœuvres précises avec des accélérations partielles sont des exemples d opérations qui réduisent le facteur de charge et par conséquent influent sur la variation de la consommation de carburant en fonction des travaux à réaliser. Le Tableau 5 montre les valeurs estimées de consommation de carburant par heure à différents facteurs de charge pour des chargeurs tout-terrain et chargeuses à chaînes compactes fabriquées par le fournisseur Caterpìllar. Le facteur détermine également la consommation d une machine, de sorte que deux opérateurs différents, avec des habitudes de conduite différentes, utilisant des machines identiques l un près de l autre et opérant avec le même matériel, peuvent avoir une différence de 10 à 12% dans leur consommation de carburant. Cependant, les valeurs qui sont indiquées dans le Tableau 5 sont des moyennes applicables à une grande variété de conditions. 43

46 Tableau 5. Tableau de consommation des engins. Source: Caterpillar, E.U (2010). Modèle Bas Moyen Haut Litres (L) Gal. EE.UU. Litres (L) Gal. EE.UU. Litres (L) Gal. EE.UU. Camions de chantier ,4-30,6 5,4-8,1 30,6-40,8 8,1-10,8 40,8-51,0 10,8-13, ,6-35,3 6,2-9,3 35,3-47,1 9,3-12,4 47,1-58,9 12,4-15,6 773F 28,3-42,5 7,5-11,2 42,5-56,6 11,2-15,0 56,6-70,8 15,0-18,7 775F 28,7-43,1 7,6-11,4 43,1-57,4 11,4-15,2 57,4-71,8 15,2-19,0 777D 37,5-56,3 9,9-14,9 56,3-75,0 14,9-19,8 75,0-93,8 19,8-24,8 777F 37,1-55,7 9,8-14,7 55,7-74,2 14,7-19,6 74,2-92,8 19,6-24,5 785C 53,7-80,6 14,2-21,3 80,6-107,5 21,3-28,4 107,5-134,4 28,4-35,5 785D 54,5-81,4 14,4-21,5 81,4-108,6 21,5-28,7 108,6-135,9 28,7-35,9 789C 70,6-105,9 18,7-28,0 105,9-141,2 28,3-37,3 141,2-176,5 37,3-45,6 793D 90,8-136,2 24,0-36,0 136,2-181,6 36,0-48,0 181,6-227,0 48,0-60,0 793F 96,5-144,8 25,5-38,3 144,8-193,1 38,3-51,0 193,1-241,3 51,0-63,8 797F 147,9-221,8 39,1-58,6 221,8-295,7 58,6-78,1 295,7-369,6 78,1-97,7 Mini-chargeuses, chargeuses tout-terrain et chargeuses compactes 216B2 3,98-5,69 1,05-1,50 5,69-7,40 1,50-1,95 7,40-9,11 1,95-2,41 226B2 5,89-8,42 1,56-2,22 8,42-10,94 2,22-2,89 10,94-13,47 2,89-3,56 232B2 5,89-8,42 1,56-2,22 8,42-10,94 2,22-2,89 10,94-13,47 2,89-3,56 236B2 5,59-7,98 1,48-2,11 7,98-10,37 2,11-2,74 10,37-12,77 2,74-3,37 242B2 5,89-8,42 1,56-2,22 8,42-10,94 2,22-2,89 10,94-13,47 2,89-3,56 246C 5,59-7,98 1,48-2,11 7,98-10,37 2,11-2,74 10,37-12,77 2,74-3,37 247B2 5,89-8,42 1,56-2,22 8,42-10,94 2,22-2,89 10,94-13,47 2,89-3,56 256C 6,12-8,74 1,62-2,31 8,74-11,36 2,31-3,00 11,36-13,98 3,00-3,69 257B2 5,89-8,42 1,56-2,22 8,42-10,94 2,22-2,89 10,94-13,47 2,89-3,56 262C 6,12-8,74 1,62-2,31 8,74-11,36 2,31-3,00 11,36-13,98 3,00-3,69 272C 6,78-9,69 1,79-2,56 9,69-12,59 2,56-3,33 12,59-15,50 3,33-4,09 277C 6,12-8,74 1,62-2,31 8,74-11,36 2,31-3,00 11,36-13,98 3,00-3,69 279C 6,12-8,74 1,62-2,31 8,74-11,36 2,31-3,00 11,36-13,98 3,00-3,69 287C 6,12-8,74 1,62-2,31 8,74-11,36 2,31-3,00 11,36-13,98 3,00-3,69 289C 6,12-8,74 1,62-2,31 8,74-11,36 2,31-3,00 11,36-13,98 3,00-3,69 297C 6,78-9,69 1,79-2,56 9,69-12,59 2,56-3,33 12,59-15,50 3,33-4,09 299C 6,78-9,69 1,79-2,56 9,69-12,59 2,56-3,33 12,59-15,50 3,33-4,09 44