3 – Étude de glissement de terrain

1. Étude de glissement de terrain, stabilité de pente et d’excavation.


Alexandre Collin (1808-1890), ancien élève de l’école Polytechnique de Paris et ingénieur au Corps Royal des Ponts et Chaussées,  précurseur de la mécanique de sols et auteur d’un livre publié en 1846  sur la stabilité des terrains argileux et qui a défini pour la première fois le glissement rétrogressif avec

 

 

Selon Collin (1846), L’attention des constructeurs ne s’est pas de tout temps portée vers les glissements de terrain. Il parraît en effet que les premières observations positives ne remontent qu’à une époque assez rapprochée de nous. Sur la fin du 17e siècle, le Maréchal de Vauban, qui avait combattu des accidents de cette nature dans sa longue pratique des travaux de fortification, signale dans un mémoire de 1699 diverses circonstances relatives aux glissements des terrains argileux. Sur la fin du 18e siècle; Perronet, premier ingénieur des turciers et levées, s’occupa sérieusement de cette question. Plus tard, l’ingénieur Girard consigna dans un Mémoire des observations analogues. Selon Collin, la surface de glissement n’est jamais plane. Collin a été le premier ingénieur à mettre en doute l’hypothèse d’une surface de glissement planaire et à mettre en doute l’hypothèse de Rankine. Selon Collin: Pour fonder quelque chose durable, il faut faire table rase des erreurs, des notions fausses et des préjugées. Bacon a dit: que, si les notions mêmes qui sont comme base de l’édifice sont confuses et extraites des choses au hasard, tout ce qu’on bâtit sur un tel fondemnet ne peut avoir de solidité.  Les méthodes confortement proposées pour par Collin pour les glissements de terrain étaient :

  1. Contre-forts dans le sens de la pente du talus;
  2. Contre-forts parallèles à l’arête du talus;
  3. Murs de soutènement;
  4. Perrés;
  5. Pilotis;
  6. Piquetage, clayonnage et fascinages;
  7. Aqueducs ou conduits d’assainissement souterrains

Fondasol réalisé des études géotechniques de glissement de terrain (expertise géotechnique) en conformité avec les règles de l’art établis dans ce domaine. Le programme d’expertise géotechnique de glissement de terrain de Fondasol s’inspire de l’état de connaissance géotechnique acquise depuis les travaux de Collin (1846) jusqu’à présent. Fondasol dispose d’une banque de données géotechniques importante publiées dan le domaine de glissement de terrain.

Les glissements de terrain engendrent des pertes socio-économiques beaucoup plus considérables par rapport à ce qui est connu normalement.

Malgré le progrès technique réalisé dans le domaine de reconnaissance, prévision et mitigation des glissements de terrain, on assiste à l’échelle mondial à une augmentation de nombre de glissements de terrain. Cette tendance continuera en 21e siècle à cause des facteurs suivants :

1)    Urbanisation et développement accrue dans les zones susceptibles de glissement de terrain ;

2)    Déboisement continue des zones propices au glissement de terrain ;

3)    Augmentation régionale de précipitation par le changement climatique;

4)    Absence d’étude géotechnique bien réalisée, tenant compte des conditions géologiques, géomorphologiques, topographiques, hydrogéologiques et géotechniques du site.

Suite au glissement de St-Jean-Vianney, La Rochelle (1972) écrivait : La coulée d’argile de St-Jean-Vianney a rappelé brutalement aux Québécois que la nature a doté leur territoire de dépôts d’argile dont le comportement est devenu tristement célèbre.  Aussi tragiques que puissent parfois être les coulées d’argile, elles ne sont cependant pas les seules manifestations indésirables des caractéristiques très complexes de ces dépôts argileux.



Figure 1.  Illustration d’un glissement de terrain, selon Eden (1973)

2. Analyse de la stabilité ( Eden, 1973)

Au début du dix-neuvième siècle, un ingénieur français, Alexandre Collin, qui travaillait à la construction de canaux, remarqua que les surfaces de cassure formées par les glissements de terrains survenant dans l’argile le long des berges d’un canal adoptaient une forme incurvée semblable à celle qui est illustrée Figure 1. Il publia en 1846 un mémoire dans lequel il suggérait une méthode statique d’analyse basée sur une surface courbe et mesurait la résistance des sols au cisaillement. On a, depuis cette époque, proposé diverses méthodes d’analyse. Elles ont conduit à la méthode du cercle de glissement, mise au point par des ingénieurs suédois spécialisés dans les ports et sur laquelle reposent les techniques actuellement utilisées.

La Figure 2 représente les caractéristiques essentielles de la méthode. On y suppose que la surface de rupture affecte la forme d’un arc de cercle. Grâce à la comparaison des forces perturbatrices et des forces de résistance, on obtient, pour chaque surface probable de rupture, un coefficient de sécurité. Il est nécessaire d’effectuer plusieurs essais avant de pouvoir déterminer, pour une pente donnée, le cercle le plus dangereux. Les calculatrices digitales, qui sont particulièrement commodes pour l’exécution de ces recherches, sont très largement utilisées dans ce but. La géologie structurale exige, dans certains cas, une analyse de stabilité basée sur une combinaison de surfaces de défaillance courbes et planes.


Figure 2.  Analyse de stabilité des pentes, selon Eden (1973).

C’est par sondages et essais de laboratoire qu’on peut déterminer la stratigraphie des sols en place en vue d’analyser la stabilité d’une pente par des méthodes connues. Il importe de prêter une grande attention à la structure des sols en place (couches inclinées, fissuration, varves et toutes les caractéristiques structurales susceptibles d’influer sur la stabilité). On déterminera également la position de la nappe aquifère et on recherchera toutes les informations renseignant sur son niveau maximal ou critique.

Selon Kérisel (1956), c’est Perronet (1769) premier ingénieur qui a publié le premier article concernant la stabilité des pentes.

Les ingénieurs de cette époque croyait à la pré-existence d’une surface de glissement, thèse qui sera violemment combattue par Collin (1846). Sur le plan théorique, Coulomb (1773) a donné la formule correcte de la hauteur limite d’un talus.

Dès 1846, Collin dans son ouvrage intitulé ‘Recherches expérimentales sur les glissements spontanés des terrains argileux différencie deux types de mouvements de terrain :

–          les mouvements de fond (glissement profonds) ;

–          les mouvements superficiels.

 

Dans le processus de prévention et de stabilisation d’un glissement de terrain, on doit répondre à deux questions suivantes :

1)    Quelle est la cause du glissement;

2)    Quelles sont les mesures de stabilisation nécessaires pour maintenir stable le site en fonction des conditions futures du site ;

L’étude de reconnaissance de sol constitue l’élément principal d’une étude de glissement. Une étude de reconnaissance de glissement de terrain doit avoir comme objectifs les points suivants :

  1. Déterminer la surface de glissement potentiel ou existant ;
  2. Identifier le type et la cause des mouvements.

L’étude d’un glissement de terrain peut être couronnée de succès si :

  1. l’étude de glissement de terrain est réalisée à temps ;
  2. le coût des méthodes de prévention est moindre que celui de méthode de correction, sauf pour les petits glissements de terrain ;
  3. un petit glissement de terrain non corrigée peut aboutir à un grand glissement de terrain, autrement dit un petit glissement peut en cacher un grand.

Le programme d’une étude de reconnaissance ne doit pas être rigide selon les règles établies d’avance. Une étude de reconnaissance est jugée insatisfaisante si elle n’aboutit pas à révéler des données géotechniques nécessaire à la conception sécuritaire et économique du glissement ou à l’établissement de la méthode de réfection économique et sécuritaire d’un glissement existant.

Généralement une étude de reconnaissance peut être jugée insatisfaisante pour une des raisons suivantes :

  1. Les informations géologiques existantes n’ont pas été mises en contribution dans le programme de l’étude de reconnaissance ;
  2. Le responsable de l’étude avait un préjugé sur la cause ou les conditions des sols ;
  3. Des équipements non compatibles avec les conditions du site
  4. Le responsable du projet n’a pas discuté de l’objectif de l’étude avec toutes les personnes impliquées ;
  5. L’absence de communication ouverte entre les personnes impliquées ;
  6. Problèmes d’ordre humain.

Le tableau suivant indique l’ordre des activités d’un programme d’étude géotechnique de glissement de terrain (expertise géotechnique).

Ordre de l’activité Description de l’activité

1

Étude au bureau (données disponibles)

2

Interprétation des photos aériennes

3

Visite de site

4

Étude préliminaire au moyen de forage et sondage

5

Classification des sols en interprétant les essais de laboratoire

6

Étude de reconnaissance complémentaire et essais in-situ

7

Arpentage

8

Interprétation des données

9

Conception géotechnique et calcul

10

Discussion avec les intervenants

11

Rapport

Éléments  à considérer lors d’une étude de glissement de terrain:

  1. Mécanique des sols et mécaniques des roches;
  2. Géologie du site, géologie régionale et géologie de génie civil;
  3. Géomorphologie et historique du site;
  4. Conditions hydrogéologiques du site;
  5. Visite des lieux, observations des faits et des indices, couvert végétal et son changement;
  6. Une bonne étude de sol, instrumentation, une bonne description de sol
  7. Pas de préjugé sur la cause de glissement;
  8. Connaître les interactions des travaux de génie civil sur la stabilité de pente (excavation-remblayage, battage de pieux, travaux de tunnel, reprise en sous-œuvre, etc.)
  9. Choix des paramètres de calcul (géométrie, géotechnique, hydrologie)
  10. Logiciel de calcul et ses limites, importance de choix de cercle de glissement;
  11. Calcul et interprétation (limite de calcul et des programmes et de logiciels)
  12. Connaître les hypothèses qui sont à la base des méthodes de calcul;
  13. Influence des sollicitations dynamiques;
  14.  Influence de l’érosion de sol;
  15. Influence des travaux réalisés dans le secteur récemment ou dans le passé;
  16. Expérience, jugement et études de cas;
  17. Connaissance des méthodes de confortement et de stabilisation et leur limites et avantages;
  18. Objectifs de client;
  19. Alternative à la stabilisation
  20. Choix de méthode de confortement en tenant compte des contraintes de site, de la géologie du site, économie, environnement, légales, sécurité, etc.;
  21. Changement climatiques et ses effets en géotechnique;
  22. Échange d’information avec d’autres collègues et leur critique;
  23. Le mécanisme de rupture doit être compatibles avec les indices présents sur le site et les événements survenus.

Le programme proposé par Fondasol d’une étude géotechnique pour un site de glissement de terrain (expertise géotechnique) peut comprendre, entre autres, les travaux suivants :

1)      Localisation des services souterrains auprès de l’Info-excavation et de la municipalité;

2)      Visite des lieux;

3)Réalisation de x forages géotechniques de ±y m de profondeur…… Ces forages sont réalisés au moyen d’une foreuse conventionnelle montée sur XXXX.. Un piézomètre sera installé dans le trou de z forages pour mesurer le niveau d’eau

4)Réalisation de X forages de ± Y m de profondeur suivi d’un profil scissométrique jusqu’à ±Z m de profondeur,;

5)     Essais de laboratoire (x teneurs en eau, y essais de limites de consistance, z analyses granulométriques ou sédimentométrie, u teneurs en eau, etc..);

6)     Travaux d’arpentage pour relever l’élévation des points de forage et de quelques points stratégiques avec la pente et le profil du talus existant. Ce volet de proposition ne remplace pas le travail d’arpenteur-géomètre pour l’établissement du plan topographique;

7)     Consultation des données géotechniques disponibles (carte de sols, rapports géotechniques disponibles);

8)     Calcul de stabilité de pente avec les profils mesurés et le plan d’arpentage, en indiquant la stratigraphie des sols, le niveau d’eau et les grilles de centre des cercles avec les courbes d’iso-facteur de sécurité ainsi que les solutions de mitigation proposées pour montrer l’amélioration de stabilité en fonction des travaux de confortement proposés;

9)       Rédaction d’un rapport d’expertise géotechnique résumant les données obtenues au chantier et au laboratoire ainsi que nos commentaires et recommandations géotechniques au sujet de la stabilité des talus existants et les solutions de mitigation proposées, si nécessaires, pour assurer la stabilité des talus et des aménagements existants.

Selon certains règlements, Le rapport d’expertise doit :

  1. Évaluer les conditions actuelles de stabilité du site ;
  2. Vérifier la présence de signes d’instabilité imminente (tel que fissure, fissure avec déplacement vertical et bourrelet) de glissement de terrain sur le site ;
  3. Évaluer les effets des interventions projetées sur la stabilité du site ;
  4. Proposer des mesures de protection, le cas échéant.

Le rapport d’expertise doit confirmer que :

1)    L’intervention envisagée n’est pas menacée par un glissement de terrain ;

2)    L’intervention envisagée n’agira pas comme facteur déclencheur en déstabilisant le site et les terrains adjacents ;

3)    L’intervention envisagée ne constitue pas un facteur aggravant, en diminuant indûment les coefficients de sécurité qui y sont associé.

L’expertise doit faire état des recommandations sur les précautions à prendre et, le cas échéant, les mesures de protection requises pour maintenir en tout temps la stabilité du site et la sécurité de la zone d’étude.

Le rapport d’expertise géotechnique préparé par Fondasol traite, généralement, les sujets suivants :

–       Introduction et mandat;

–       Géologie régionale;

–       Rapports géotechniques consultés;

–       Description du site;

–       Travaux de chantier;

–       Travaux de laboratoire;

–       Stratigraphie des sols échantillonnés;

–       Interprétation des données géotechniques;

–       Niveau de la nappe phréatique et condition hydrogéologique;

–       Capacité portante des sols en place;

–       Potentiel de glissement rétrogressif et la distance de rétrogression;

–       Stabilité des talus existants avec les profils mesurés et les solutions de mitigation proposés;

–       Étendue de la marge de protection suggérée;

–       Recommandations géotechniques d’ordres divers.

3. Mécanisme de glissement de terrain et géologie des argiles marines du Québec

La géologie des dépôts d’argile marine de l’est du Canada a été étudiée par de nombreux chercheurs (Gadd 1957 et 1960, Karrow 1961, Lasalle 1966). Cette argile fut déposée à la fin de la période du pléistocène dans la mer de Champlain qui recouvrait les Basses-Terres de St-Laurent, de l’Outaouais et la région de du lac St-Jean (argile de la mer Laflamme) de 8000 à 11 500 ans avant notre siècle, alors que le front glaciaire retirait vers le nord.

Cette argile, initialement appelée argile Leda dans la littérature anglophone, est  appelée argile Champlain, est d’origine glacio-marine, ce qui explique en bonne partie la structure floculée responsable du comportement mécanique particulier de ces dépôts. L’argile marine est normalement consolidée ou légèrement surconsolidée, notamment sur la Côte Nord du St-Laurent. Sa teneur en eau est habituellement élevée. En général, elle augmente avec la grosseur des particules, et est fréquemment plus élevée que la limite de liquidité, ce qui se reflète sur son comportement. Les argiles marines de la mer de Champlain sont généralement connues pour leur sensibilité à cause de leur milieu de déposition et de leur histoire géologique (lessivage).

Un glissement de terrain est défini comme le mouvement d’une masse de sol ou de roc le long d’une surface de rupture sous l’effet de la pesanteur (gravité), qui s’amorce essentiellement où il y a un talus. Le rapport de la résistance au cisaillement des sols aux contraintes de cisaillement des sols le long de la surface de la rupture hypothétique est défini en géotechnique comme le coefficient de sécurité du talus, représenté par F. Une valeur de F = 1 est synonyme de la rupture, tandis que plus F est grande plus la stabilité relative du talus est grande. Les règles de l’art en géotechnique exigent généralement un coefficient de sécurité au moins égal à 1,5.  Cependant, la définition du coefficient de sécurité est imprécis, car elle fait appelle à la détermination de la résistance au cisaillement de sol; paramètre dont la détermination laisse place à beaucoup d’interprétation et de jugement. Ainsi, le coefficient de sécurité traduit, en quelque sorte, le niveau d’ignorance ou de connaissance de l’ingénieur sur la résistance au cisaillement de sol et de calcul de contrainte de cisaillement. La valeur du coefficient de sécurité calculé par un ingénieur reflète son niveau de connaissance sur les conditions géotechniques du site et sur la résistance au cisaillement des sols. Ainsi, par exemple un coefficient de sécurité de 1,5 calculé pour un site où l’ingénieur ne dispose aucune donnée géotechnique n’est pas comparable avec le coefficient de sécurité de 1,5 calculé pour un autre site où l’ingénieur a une connaissance approfondie des sols et de la notion de résistance au cisaillement. Pour ces deux sites, les rapports préparés peuvent mentionner un coefficient de sécurité de 1,5 sans qu’ils aient la même signification. C’est la raison pour laquelle, la littérature géotechnique a rapporté des cas de glissements de terrains avec des coefficients de sécurité de proche de 3,0, tandis que d’autres sites avec un coefficient de sécurité de proche de 1,2 n’ont pas éprouvé des problèmes d’instabilité. D’où l’importance de saisir la définition du coefficient de sécurité pour les projets de stabilité de pente.

Les informations géotechniques de base pour le calcul de stabilité de pente sont :

  1. Géométrie de la pente;
  2. Paramètres physico-mécaniques des dépôts en place (masse volumique, angle de frottement effectif et cohésion effective);
  3. Conditions hydrogéologiques (nappe d’eau de surface, nappe confinée, gradient hydraulique descendant ou ascendant en fonction de la géologie des dépôts meuble et les contrastes de perméabilité des différentes couches).

Dans les argiles non sensibles, un glissement de terrain se traduit sous forme d’une masse instable (glissement simple) glissant sur une surface de glissement avec le résultat que la masse instable devient au repos au niveau du pied du talus, sans aller plus loin. Autrement dit, les débris de glissement de terrain agissent comme une butée stabilisatrice pour la nouvelle géométrie des terrains en place. Pour les argiles sensibles, le mécanisme de glissement est très différent. Dans ce cas à cause de la sensibilité élevée de l’argile, le premier glissement survenu cause le remaniement de l’argile à l’arrière du glissement survenu, ce qui cause des nouveaux glissements avec la formation d’une coulée argileuse (argile liquéfiée) et une série de glissements rétrogressifs. Ainsi dans le cas des argiles sensibles, le géotechnicien ne doit pas s’intéresser seulement à la formation du premier glissement, mais il doit également analyser l’étendue de la zone qui sera affectée par la coulée argileuse du glissement rétrogressif si l’argile en place est sensible. La présence d’une argile sensible est reliée:

  1. À la minéralogie de l’argile et aux conditions de mise en place de l’argile (milieu de déposition) favorisant une structure ouverte avec une teneur en eau élevée;
  2. Aux facteurs géotechniques responsables de la diminution de la limite de liquidité et de la résistance au cisaillement remaniée de l’argile.

Dans le cas des argiles marines, la teneur en sels de l’eau interstitielle est de ±32g/L au moment de la déposition des particules fines dans l’eau marine. Suite aux phénomènes géologiques et au processus de lessivage, la teneur en sel des argiles de la mer de Champlain a diminué pour atteindre sous 1 g/L. Cette réduction de la salinité cause la diminution de la limite de liquidité et la résistance au cisaillement remanié de l’argile et l’augmentation de la sensibilité de l’argile.

 

 

Exemple des documents pouvant faire partie d’un rapport d’étude de glissement de terrain préparé par Fondasol.

Photo-aérienne consultée d’un site

Photo-aérienne d’un site avant l’urbanisation d’un secteur d’étude

 

Évidence de remblayage récent

Extrait de carte de sol consultée

 

 

  

Sondages géotechniques sur un talus argileux

 

Présence d’une formation confinée sous un dépôt d’argile dans une zone instable

Échantillonnage remanié d’argile pour essais de laboratoire (teneur en eau et limites de consistance)

 

Échantillonnage intact d’argile par échantillonneur Shelby

Utilisation de Nilcon avec un bâti spécial sur des pentes non accessibles à une foreuse sur chenilles

Mesure de l’inclinaison de la pente par un clinomètre et une échelle

 

Présence de remblai au sommet de talus, faisant varier la géométrie de talus

Extrait de la carte de zone de contraintes consultée

Vue rapprochée de la carte de zones de contraintes

Excavation réalisée lors de la construction, causant un glissement de terrain

Fissure observée sur un talus suite aux excavations réalisées au pied de talus

 

Profil géotechnique par Piézocône


 

Les 19 et 20 juillet 1996, une grande partie de la région du Saguenay – Lac-Saint-Jean enregistrait des pluies exceptionnelles qui eurent de nombreuses conséquences sur l’environnement et la population. La caractéristique principale de cet événement a été l’apparition, en moins de 36 heures, d’une quantité phénoménale de glissements de terrain (plus de 1000) sur une immense superficie du territoire. De plus, de nombreux talus ont vu leurs conditions de stabilité se détériorer et devenir très marginales. Le glissement de terrain de la rue McNicoll,  à La Baie a causé de deux enfants d’une résidence déplacé par un de ces glissements de terrain. Le Rapport d’enquête de Coroner passe en rue cet événement tragique avec des leçons à en tirer,

Coulée d’argile, rue McNicoll à La Baie, suite aux précipitations de 1996

Coulée d’argile, rue McNicoll à La Baie, 1996 (rapport d’enquête de Corner, 1998)

 

Coulée d’argile, rue McNicoll à La Baie avec le remblai de contrepoids placé à la base du talus

Glissement de terrain, rue McNicoll, avec la résidence déplacée par le glissement survenu, photo MTQ

Photo de MTQ, cicatrice du glissement de la rue McNicoll, observer la forme du glissement survenu, glissement considéré comme une catastrophe naturelle (acte of God) par certains experts en géotechnique

 

Glissement causant le décès d’un travailleur

 

Glissement superficiel causé par l’érosion de sable fin en surface de terrain

 

Glissement de talus de rive droite d’une rivière en milieu urbain

 

Glissement, même que la photo précédente

 

Glissement superficiel

 

Glissement de terrain affectant une résidence

Glissement de terrain, causé par des travaux de push-pipe sous la rivière. emportant une partie d’une route

 

Glissement de terrain survenu suite aux travaux de stabilisation

Glissements de terrain affectant la partie d’argile fissure d’un talus argileux

 

Falaise rocheuse, avec chute de blocs, près de résidences existantes

 

Glissement de terrain en cours d’excavation

Glissement de terrain en 2010 à St-Jude (Québec)

Érosion fluviale en bordure de rivière à St-Jude

Stabilité d’une excavation dans le roc, influence des conditions climatiques

Pendage défavorable d’une des parois rocheuses

Présence de glaces sur les parois rocheuses en hiver, Québec

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