4.2. Le service des méthodes

4.2.a. L'analyse des quantités.

L'analyse des quantités est la reconnaissance du site par la détermination géométrique des différents déblais et remblais du tracé. Cette étape s'appuie dans un premier temps sur l'épure qui est la pièce à partir de laquelle a été menée l'étude du marché. Il est donc possible d'associer à chaque déblai et remblai un volume à terrasser.

Au fur et à mesure de la définition du projet, le client nous fournissait les listings des cubatures, appelés "cubex". Ces listings des cubatures sont la définition géométrique du projet. Ils présentent profil par profil un levé du terrain naturel, les côtes du terrain naturel décapé, de l'assise, du projet et de la couche de forme. Ils permettent au Service de Topographie, par la saisie de ces données (coordonnées des points particuliers) de dessiner, avec des logiciels comme Autocad ou Automap les profils en long, les profils en travers et les vues en plan du projet. Ces documents établis, les brigades de topographes peuvent implanter les piquets d'entrée en terre ou de pied de talus. Les listings des cubatures donnent les coordonnées des points du projet en trois dimensions. La puissance des outils informatiques utilisés en topographie permet de visualiser le projet dans l'espace par un maillage des différentes surfaces. Il est même possible d'envisager un habillage des surfaces (végétation...) et des animations (rotation, translation...). La vue du remblai R928, dit de l'Oeuf (ruisseau qui coule à cet endroit) est présentée en Annexe III. Ce remblai est un remblai de grande hauteur qui est caractérisé par ses risbermes et une technique particulière de construction.

Les informations fournies par les listings des cubatures que j'ai utilisés m'ont permis de calculer les volumes de chaque déblai et remblai. La démarche a consisté à déterminer les limites de déblai ou remblai ; c'est-à-dire les profils de début et de fin d'ouvrage. Les profils sont distants de trente mètres. Les cubex donnent à chaque profil un volume partiel et un volume cumulé. Le volume partiel correspond à une longueur de trente mètres de projet centré sur le profil considéré. Il reste donc à faire la différence des volumes cumulés des profils encadrant un déblai ou un remblai pour connaître ces caractéristiques géométriques.

Les seules précautions à prendre dans cet exercice sont la discontinuité dans les cubex et l'ignorance des ouvrages. Les cubex nous parvenant en fonction de la définition du projet, les volumes cumulés repassent à zéro au début de chaque nouveau listing, ce qui entraîne une discontinuité. Les cubex ignorent les ouvrages. Lorsqu'il s'agit d'un passage inférieur dans un remblai, le volume correspondant est négligeable. Une attention particulière a été portée pour les viaducs de la RN7 et du canal de Briare, pour lesquels les volumes entre le projet et le terrain naturel sont importants. L'exploitation des cubex a tenu compte de cette remarque dans le calcul des volumes des remblais R662 et R689 en repérant les profils encadrant ces viaducs. L'Annexe II présente des synoptiques et une carte du projet, ce qui permet de préciser le nom et la position de chaque ouvrage. En Annexe IV, deux extraits des cubex sont joints. Ils correspondent aux deux profils extrêmes du déblai D770. Les informations utilisées à la reconnaissance géométrique sont situées en bas de chaque listing. Cette démarche ainsi décrite, il m'a été possible de calculer les volumes théoriques des déblais, remblais et ouvrages annexes (bassins, rétablissements...) du projet. La connaissance des capacités des déblais et des besoins des remblais est la base du mouvement des terres. Une démarche similaire est adoptée pour le mouvement de terre végétale. Les travaux de terrassement commencent en effet par le décapage de la terre végétale avec une mise en dépôt puis ils se terminent par une reprise de cette terre pour une végétalisation des talus. Le mouvement de terre végétale ne sera pas abordé dans ce mémoire. Cette étape de mon stage a contribué à la définition des données géométriques du mouvement des terres.

4.2.b. La comparaison épure cubex.

Les documents de base dont nous disposions au démarrage du chantier étaient ceux de l'épure marché, le mouvement de terres et le planning de l'appel d'offre. Ces documents ont un caractère très théorique mais ils restent une référence sûre dans le travail du Service des Méthodes. Le projet a connu quelques modifications par rapport à l'étude. Le mouvement de terres a été fait à l'aide d'un logiciel informatique "MVTR". Ce logiciel donne une solution scientifique du mouvement de terres en minimisant les moments (le produit quantité x distance). Pour obtenir une solution acceptable lors d'un appel d'offres, les contraintes sont limitées. Le nombre de natures de sol est de trois (remb1, remb2 et remb3) et les coupures dans le trafic des engins ne tiennent compte que des principaux ouvrages. Les premiers retours du laboratoire, l'appréciation du site, l'obtention (ou non) de nouveau dépôt, des modifications dans le projet (abandon d'aires de service ou nouvelles côtes du tracé) sont des paramètres qui vont conduire à un nouveau mouvement des terres. Une comparaison géométrique de l'étude et du listing des cubatures fixera les orientations du nouveau mouvement de terres. Cette comparaison a permis de constater que les volumes de déblais et remblais avaient baissé dans des proportions comparables. Ce déficit n'a pas impliqué d'apport extérieur supplémentaire de matériaux mais une augmentation des moments. Ces premières constatations ont eu des incidences sur la politique du chantier. La rémunération n'allait plus être la même (détail estimatif, prix du mètre cube de déblai ou de remblai). L'augmentation des distances allait affecter le choix du matériel. Cette comparaison géométrique est nécessaire pour la prise de décision du Directeur de Chantier durant la phase de démarrage. Cette étape a fixé les orientations de l'élaboration du mouvement de terres.

4.2.c. L'exploitation des documents émis par le Laboratoire de Géotechnique.

Le calcul des quantités de chaque classe de matériaux rencontrée dans un déblai. Ce calcul s'est fait à partir des profils en long géotechniques et des cubex.

La démarche a consisté à mesurer à chaque profil en travers l'épaisseur et la position de chaque couche de matériaux.


Schéma 1 : profil en travers type.

On considère un profil en travers de déblai type. C'est à dire une section trapézoïdale avec une largeur de plate forme de trente mètres avec des talus de pente à 2/1 (schéma 1).

La section trapézoïdale considérée a pour surface :

 S=H x (30+2H)

Les cubex fournissent pour un profil considéré un volume de déblai de trente mètres de long centré sur le profil.

soit V=S x 30

Schéma 2 : couche de matériaux situés entre les profondeurs h1 et h2.

La couche de matériaux située entre les profondeurs h1 et h2 a pour surface suivant le profil en travers du schéma 2 :

     [30+4 x (H-h1)]+[30+4 x (H-h2)]
s=------------------------------------------ x (h1-h2)
                              2

et le volume de la couche considérée est :

v=s x 30

Connaissant V (volume du cubex donné à chaque profil), mesurant h1 et h2, supposant que la couche est centrée sur le profil et qu'elle a une longueur de trente mètres, on calcule pour chaque déblai la quantité de matériaux suivant la classification GTR en distinguant leurs états hydriques.

Cette méthode a quelques limites mais elle constitue une bonne approximation des quantités géotechniques du chantier. Le profil en travers type adopté ne tient pas compte des redans pour les déblais de grande profondeur. Pour le déblai de grande profondeur, les sondages ne descendent pas plus loin que cinq mètres (limite de bras de pelle hydraulique) et par conséquent nous manquions d'informations. Les hypothèses concernant les PST (parties supérieures des terrassements) ont été faites à partir des document du marché. Des précisions seront donc à apporter sur ces deux points lorsque l'avancement des travaux permettra de mener des études géotechniques complémentaires. Le profil en long géotechnique présente une coupe de terrain centrée sur l'axe autoroutier et l'hétérogénéité géotechnique nous laisse présumer que les lentilles de matériaux ne s'étendent pas sur toute la largeur d'un profil en travers.

Enfin le calcul du volume d'une couche suppose que celle-ci est centrée sur le profil où les mesures de profondeurs sont faites et qu'elle s'étend sur trente mètres. La base de ces calculs est la lecture des coupes géotechniques sur lesquelles apparaissent différentes classes GTR et états hydriques.

L'Annexe V présente le profil en long géotechnique du déblai D770.

Les quantités qui ressortent de cette approximation de calcul peuvent servir d'hypothèses à l'élaboration d'un mouvement de terres et peuvent donner une idée sur les quantités de chaux et de liant dans le cadre d'une étude de traitement des matériaux. La synthèse de ces calculs, qui pourraient être assimilés à "scanner" les profils en long géotechniques, est reportée pour chaque déblai dans les fiches suivantes, intitulées "Conditions minimales de réutilisation en remblai courant". A chaque volume, on trouve les volumes de purge (PST ou matériaux impropres), les moyens d'extraction, les recommandations de traitement et l'utilisation possible de ces matériaux.

Les fiches qui suivent, constituent les hypothèses du mouvement de terres.

4.2.d. Fiches de conditions de réutilisation des matériaux en remblais courant.

Les moyens d'extraction, les possibilités de réutilisation des matériaux et les recommandations de traitement sont des informations qui sont fournies par le Laboratoire. Elles apparaissent dans les dossiers de reconnaissance géotechnique complémentaire. Elles sont établies pour chaque type de matériaux suivant son état hydrique et sont la synthèse du GTR.

L'Annexe XI présente ces recommandations pour le déblai D770. Pour établir les fiches de conditions de réutilisation minimales des matériaux en remblais courant, nous avons considéré que les travaux s'effectueront dans des conditions météorologiques normal. C'est-à-dire ni pluie ni évaporation importante, ce qui paraît le plus raisonnable. Ces fiches se limitent à rapporter les informations du laboratoire présentes dans les grilles de décision. Elles informent sur la quantité théorique de chaque classe de matériaux.

La fiche du déblai D770 est présentée dans ce mémoire à titre d'illustration. Les autres fiches que j'ai réalisées et qui concernent tous les autres déblais du chantier sont rassemblées dans l'Annexe XII.

4.2.e. Les besoins particuliers du chantier.

La classification des matériaux fait apparaître des matériaux impropres à la réalisation des remblais. Il s'agit des matériaux A4 quel que soit leur état hydrique et tout type de matériaux d'état hydrique th (très humide). Comme ils se rencontrent dans des déblais, il faut des dépôts pour les stocker après leur extraction. Les dépôts ont la double fonction de pouvoir accueillir les matériaux impropres de façon définitive et la terre végétale de façon temporaire. La terre végétale sera ensuite reprise pour la végétalisation des talus et l'excédent fermera les dépôts qui pourront être remis en culture.

Des dépôts avaient été définis par le client, mais dans un souci de minimiser les distances il était souhaitable,pour certaines zones d'en trouver d'autres. J'ai donc parfois accompagné Hugues ANSART dans ses démarches auprès des exploitants agricoles. Les exploitants qui donnaient leur accord, signaient une convention nous autorisant (après l'approbation du client) à "convertir" un de ses terrains en dépôt, SAPRR les indemnisant durant la période de non-exploitation (les dépôts étant restitués exploitables à leur fermeture, c'est-à-dire modelés et revégétalisés). Les exploitants nous accueillaient de façons très contrastées, suivant qu'ils avaient plus ou moins bien vécu le remembrement. Il fallait donc faire preuve de tact et de finesse pour obtenir un dépôt. Ainsi nous leur proposions des solutions acceptables, qui associées à l'indemnité d'inexploitation temporaire devenaient alors intéressantes. Ces solutions consistaient par exemple à reboucher une marnière, à remodeler un terrain ou faire apparaître un dépôt comme un merlon antibruit.

Le dépôt est dans un premier temps décapé. La terre végétale est mise en cordon. Les matériaux impropres peuvent alors y être stockés. Les dépôts peuvent également servir à stocker la terre végétale, car il n'est pas toujours possible de placer les produits de décapage dans les emprises.

L'obtention de dépôt nous laissait donc plus de marge dans l'élaboration du mouvement de terres. Il fallait ensuite fixer la capacité d'accueil de matériaux de chacun.

Le projet autoroutier coupe plusieurs ruisseaux. Ainsi les pieds de remblais à ces endroits sont considérés en zone inondable jusqu'à la côte PHE (plus hautes eaux) plus 1,00 m. Le recensement de ces zones et le calcul du volume de remblai en zone inondable à partir des profils en long et des vues en plan ont permis de déterminer les besoins en matériaux à placer en zone inondable. L'Annexe VII présente le profil en long et la vue en plan des remblais situés aux abords du ruisseau de l'Ousson.

Par exemple pour les remblais R758 et R763 le calcul des volumes de remblais situés en zone inondable conduisent aux besoins en matériaux suivants :

R758 11 960 m3 de matériaux ZI.
R763 20 600 m3 de matériaux ZI.

D'autres besoins qui nécessitent des caractéristiques particulières des matériaux sont à considérer. Il s'agit des blocs techniques. Ils correspondent à une couche de 1,00 mètre de matériaux à placer au-dessus des ouvrages hydrauliques pour assurer la traficabilité des engins et supporter le remblai.

Enfin certains matériaux sont plus aptes que d'autres à être placés dans un remblai de grande hauteur (>5m ou >10m).

Il a également fallu prendre en compte les matériaux de couche de forme. Pour se conformer aux exigences du client, ces matériaux seront de la classe B5 ou B6, type sable argileux et seront issus de préférence des déblais D681 et D923.

Ces besoins particuliers établissent les conditions que doivent présenter les matériaux à placer en remblai lors de l'élaboration du mouvement de terres.

4.2.d. Elaboration du nouveau mouvement de terres.

Après la connaissance des capacités des déblais et la détermination des besoins des remblais, l'élaboration du mouvement de terres passe par l'analyse des contraintes liées au chantier.

Les ouvrages sont des obstacles qui vont couper les terrassements durant leur réalisation. Certains mêmes, une fois réalisés, ne tolèrent que la circulation de camions semi-remorque (viaduc de la RN7 à Briare). Ces contraintes prennent toute leur dimension dans l'élaboration du planning. C'est pourquoi le mouvement de terres doit tenir compte de ces contraintes et doit intégrer le phasage associé à la réalisation, au risque d'augmenter les délais.

Les grandes coupures sont principalement le Canal de Briare et la RN7 au nord de Briare. Il faut aussi considérer les départementales, les voies communales et les rivières qui devront être déviées de façon provisoire avant d'être rétablies après la construction des ouvrages spécifiques (PS, PI et OH).

Le chantier est alors subdivisé en différentes zones sur lesquelles le mouvement de terres se referme. Ceci permet de simplifier la démarche en la décomposant en considérations plus limitées. On évite ainsi de reporter un déficit qui entraînerait pour la fermeture du mouvement de terres des distances de transport importantes.

Le mouvement de terres global se fait ensuite "à la main" selon le principe des "vases communiquants". Ainsi l'exercice consiste t'il dans un premier temps à dessiner sur un profil en long des flèches du mouvement de terres. On examine un déblai en connaissant les besoins du remblai. On "pioche" dans le déblai le plus proche en matériaux appropriés, jusqu'à épuisement des bons matériaux. Les matériaux impropres restant du déblai ainsi entamé, sont orientés vers le dépôt le plus proche. Si le remblai n'est encore "rempli" avec le déblai considéré, on continue avec le plus proche. C'est une méthode quelque peu empirique qui permet d'aboutir à un mouvement de terre acceptable.

Certains principes sont toutefois respectés :

* dans le choix d'un déblai pour l'affectation des matériaux à un remblai, on s'inspire du sens du mouvement de terre du marché qui a été établi de façon scientifique,
* on évite de croiser les matériaux (un mouvement plus simple existe) à moins que ce croisement ne soit lié à un phasage particulier,
* on divise le chantier en plusieurs zones afin de combler les déficits par les zones d'emprunt les plus proches et d'éviter des distances de transport trop grande au final.

On arrive ainsi à un premier mouvement, une sorte de brouillon que l'on met au propre sous forme de listing. Alors commencent les premiers calculs de fermeture. Quelques mouvements sont revus puis le mouvement de terre est dessiné en D.A.O.(Autocad) de façon très schématique.

Le listing informatique du mouvement de terre permet de calculer les moments et les distances de transport moyennes propres à chaque type de matériel.

Le matériel est choisi en fonction de la distance de transport, du type de matériaux, de la tâche à réaliser.

Ainsi pour la dernière version du mouvement de terres faites en considérant les modifications de projet, les derniers cubex et la reconnaissance géotechnique complémentaire, on obtient les résultats suivants :

En comparaison le mouvement de l'épure donnait :

Les cubes ont diminué et les distances ont augmenté Ces sont les conséquences de la nouvelle définition du projet, d'un nouveau choix de matériel et d'une meilleure connaissance du terrain.

Le mouvement de terres doit être un document synthétique. Mais dans un souci de simplifier ce document, j'ai créé en concertation avec le responsable des méthodes des fiches de destinations des matériaux. Elles ont pour but de canaliser les travaux dans le sens du mouvement de terres. Le mouvement de terres est un document généraliste qui traite tout le chantier. Une optimisation et une stratégie de travail interviennent ensuite sur chantier pour réaliser concrètement les terrassements. Ces fiches ont une grande importance le service des travaux. Elles fournissent des informations sur la capacité des déblais et les objectifs à remplir les phases de chantier. Un non-respect des indications de ces fiches risque de faire diverger les travaux du mouvement de terre prévisionnel.

La fiche d'utilisation des matériaux du déblai D770A est donnée ci-après à titre d'exemple de présentation.. Toutes les autres fiches que j'ai réalisées peuvent être consultées à l'Annexe XV. Elles résument le mouvement de terre.

4.2.e Détermination des échelons associés.

Ci-après une présentation des échelons type utilisés sur ce chantier.

Echelon de Grosse Pelle pour du déblai grande masse :

· Pelle type CAT 375
· Engin de transport Dumper CAT 769
· Engin d'accompagnement niveleuse CAT 14G
· Engin de mise en oeuvre D7 + Compacteur

Rendement considéré pour l'étude :
Jour 3 000 m3
Poste 5 500 m3

Echelon Pelle moyenne pour décapage ou déblai petite masse :

· Pelle type CAT 330
· Engin de transport tombereau articulé CAT D350 ou Volvo A35
· Engin d'accompagnement niveleuse CAT 14G
· Engin de mise en oeuvre D5 + Compacteur

Rendement considéré pour l'étude :
Jour 1 600 m3

Echelon de SCRAP pour décapage ou déblai grande masse :

· Bull type D10
· Engin de transport Scrap CAT 631
· Engin d'accompagnement niveleuse CAT 14G
· Engin de mise en oeuvre D5 + Compacteur

Rendement considéré pour l'étude :
Jour 4 800 m3 Poste 5 500 m3

Echelon de traitement :

· Epandeur de chaux ou de ciment type Panien
· Pulvimixeur à arbre horizontal type Raco 350

Rendement considéré pour l'étude :
Traitement PST (1/2 Plate forme) : Jour 400 ml

4.2.f. Planning.

C'est la suite logique au mouvement de terres. Ces deux taches sont extrêmement complémntaires car le mouvement de terre sous-entend des phasages particuliers que le planning fait apparaître. Pour des chantiers linéaires on a l'habitude de représenter le planning sous la forme d'un "planning chemin de fer".

En abscisse, on représente la distance et en ordonnée, le temps. Il est donc possible de connaître à tout moment, quel est l'avancement d'un échelon (comme les sociétés de chemin de fer faisaient pour déterminer le cheminement des trains).

Ce type de représentation permet de visualiser tout le chantier et les ouvrages annexes, qui ponctuels, apparaissent comme des traits verticaux infranchissables durant leur réalisation. Le planning a été établi à partir des rendements d'échelon précités et sur des semaines à jours de travail prévisibles. Son calcul s'appuie sur le mouvement de terres. Impliquant la réussite du chantier, il a été réalisé par des spécialistes qui ont suivi les orientations de la Direction de Chantier. Ce planning réalisé par Daniel Palin et Hugues Ansart est joint en Annexe XVI à titre d'accompagnement du mouvement de terres. Ma participation dans ce planning a consisté à établir la dernière version sur Autocad.