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No 232 - Juillet/Août 2012
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265Sommaire232_Mise en page 1 24/08/12 09:55 Page1
SOMMAIRE/SOMMARY
TUNNELS
ORGANE OFFICIEL DE L’ASSOCIATION FRANÇAISE DES TUNNELS ET DE L’ESPACE SOUTERRAIN
OFFICIAL ORGAN OF THE FRENCH TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE ASSOCIATION
Dépôt légal 2 ème semestre 2012
ET ESPACE SOUTERRAIN
Revue bimestrielle n° 232
Bi-monthly magazine
Juillet/Août 2012
ÉDITORIAL
AFTES INFO
267--
ASSOCIATIONS SŒURS /PARTNER ASSOCIATIONS
373--
Prix scientifique ABTUS 2010/2011
268--
ABTUS scientific prize 2010/2011
Didier De Bruyn
• Modélisation numérique de
la fracturation dans un matériau
“soil mix”*
Gust Van Lysebetten
CHANTIERS / WORKSITES
357--
Réhabilitation de collecteur
pluvial ARMCO 3000 & 3250 mm
par tubage en profilé PE renforcé acier
Rib Loc
Numerical modelling of fracturing
in soil mix material
• Stockage géologique du CO2 :
étude hydromécanique
de l’étanchéité des puits
Anne-Catherine Dieudonné
Geological CO2 storage: hydro-mechanical
study of shaft sealing
Olivier Pouvesle, Eric Vandame
Rehabilitation of a rainwater drain
using reinforced steel PE profile piping
RECOMMANDATION DU GT32
DE L'AFTES
RECOMMENDATION OF AFTES' WG32
Recommandation sur
la caractérisation des
incertitudes et des risques
géologiques, hydrogéologiques
et géotechniques
274
CONGRÈS-CONFÉRENCES /TECHNICAL EVENTS
378--
Ildefonso P. De Matias Jimenez, Jean PIRAUD
AGENDA
383--
MetroDuo, a new concept combining
express metro and local train
Congrès, Colloques, journées d’études
TECHNIQUE / TECHNICAL
364-- WTC 2012 Bangkok
MetroDuo, un nouveau concept pour
combiner métro express et omnibus
Les articles signés n’engagent que la responsabilité de leur auteur.
Tous droits de reproduction, traduction, adaptation, totales ou partielles
sous quelques formes que ce soit, sont expressément réservés.
Articles are signed under the sole responsability of their authors.
All reproduction, translation and adaptation of articles (partly or totally)
are subject to copyright.
© I.F.S.
I.F.S. - INNOVATIVE FIRE SYSTEMS
21, rue de Verdum - 57180 TERVILLE
Téléphone : +33 (0) 382 53 18 11
innovativefiresystems.com
Quelques chantiers réalisés en 2012 :
La Défense A14xA86 - paroi moulée et gaines extraction
Tunnel de Dullin - chambres de tirage Tunnel de Violay - by pass et
sous stations Tunnel immergé de Bjorvika (Norvège) La Défense
A14xA86 - niches des panneaux de signalisation Gare RFF des Gobelins joints coupe-feu Tunnel de Bielsa-Arangouet - façades de refuges
Technical events
TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°232 - Juillet/Août 2012
M
Recommendation on the
characterisation of geological,
hydrogeological and
geotechnical uncertainties
and risks
315
265
266GeostockIdetec_Mise en page 1 23/08/12 11:04 Page1
267Edito_Mise en page 1 23/08/12 11:06 Page3
EDITORIAL
“
“
TRADUTTORE,
TRADITORE
”
LOST IN TRANSLATION?
”
R
a relecture de la recommandation du GT32 sur la caractérisation
des incertitudes et des risques géologiques, hydrogéologiques et
géotechniques et, surtout, de sa traduction anglaise, aura, comme disait
l’humoriste, nécessité un « certain » temps (au moins deux mois…) et
un « certain » nombre de correcteurs (au moins dix), mais le résultat
devrait être à la hauteur de ces efforts. Certes, traduction n’est pas
bijection et même dans un texte de la plus haute importance tel que celui
du traité de Lisbonne de 2009 où il est pourtant clairement exprimé
que seuls les deux textes français et anglais font foi, on trouve – en
cherchant bien – quelques exemples de « discrepancies » (différences,
divergences) ! En réalité, la fidélité d’une traduction n’est pas la reprise
du « mot à mot » mais du « sens à sens » et un bon traducteur doit
absolument comprendre parfaitement les mots du domaine dans lequel
écrivent les auteurs. Pas facile ! C’est même là toute la difficulté de relier
la lettre à l’esprit. Plus que pour d’autres GT, le texte français du GT32,
dans son souci de lever bien des ambiguïtés qui rendent complexe la
construction collective d’une approche des risques, comporte beaucoup
de termes extrêmement précis et souvent tellement proches l’un de
l’autre que leur différenciation en devient très subtile et c’est cette
subtilité que doit restituer la traduction. C’est pourquoi notre seule
ambition, en publiant une version anglaise de cette Recommandation,
est d’aider nos amis lecteurs anglophones ; à titre de réciprocité, nous
leur demandons de nous proposer toutes les corrections qu’ils jugent
importantes. Un des objectifs de l’AFTES est d’élargir son ouverture vers
l’international : cela passe par l’utilisation, sinon par la maîtrise, de la
langue de Shakespeare. Nous connaissons les antiennes sur le maintien
de la langue française dans plusieurs instances internationales (récemment aux J.O de Londres !), mais nous ne devons pas perdre de vue que
la langue anglaise occupe de plus en plus tous les terrains et que nous
devons rester « in », c’est-à-dire « dans la course » !
eviewing the GT32 Recommendation on the characterisation of geological, hydrogeological and geotechnical
uncertainties and risks – and more particularly, the English
translation – required considerable time (at least two months)
and a considerable number of proof-readers (at least ten), but
the result is expected to be commensurate with this degree
of effort. Translation is never word for word, and even in texts
as important as the 2009 Treaty of Lisbon – for which it is
clearly stated that both the English and French texts are binding – close inspection reveals a number of discrepancies
between the two. To be faithful, translation must not be a
word-for-word undertaking but rather get the meaning across,
and a good translator needs to understand the words used
by authors writing about their specialist fields. This is not an
easy task, and indeed embodies the difficulty of communicating the spirit as well as the letter. More than for other GT publications, the French text of GT32, in its efforts to remove
many ambiguities that make difficult the collective construction of a risk assessment, includes many extremely accurate
terms that are often so close to each other that distinguishing
them becomes an extremely subtle affair – and it is precisely
this subtlety that translation must convey. Our sole aim in publishing an English version of this important Recommendation is to help our English-speaking readers. In return, we
invite them to suggest any corrections they deem important.
One of the aims of AFTES is to broaden its international
scope. Inevitably, this will involve using (if not mastering) the
English language. We are all familiar with the mantra that
French must be maintained in some international bodies (as
we saw recently at the London Olympics), but we cannot lose
sight of the fact that English is increasingly gaining ground
and we must stay in the race!
Bonne lecture et bonne rentrée !
Enjoy this issue as you return from holiday!
L
Maurice Guillaud, Rédacteur en chef / Editor
Directeur de publication : Yann LEBLAIS - Rédacteur en chef : Maurice GUILLAUD - Comité de rédaction : Nicole BAJARD, CETU / Rédactrice du site AFTES - Anne BRISSAUD, Responsable
communication NFM Technologies - Didier DE BRUYN, Vice-Président ABTUS - Michel DUCROT, EIFFAGE TP - Pierre DUFFAUT, Ingénieur-conseil - Denis FABRE, professeur CNAM - Bernard FALCONNAT,
Administrateur AFTES - Jean-Paul GODARD, Cadre de direction honoraire RATP / Secrétaire ITACUS - Jean-Bernard KAZMIERCZAK, INERIS - Benjamin LECOMTE, VINCI Construction - Alain MERCUSOT,
CETU / Secrétaire Général AFTES - Gilles PARADIS, SNCF IGOA Tunnels - Jean PIRAUD, ANTEA - Patrice SALVAUDON, Expert judiciaire - François VALIN, Comité MEP, AFTES - Michèle VARJABEDIAN,
XELIS - AFTES - Siège social : AFTES - 15, rue de la Fontaine au Roi - 75011 PARIS - Tél. : +33 (0)1 44 58 27 43 [email protected] - Adhésion : Secrétariat AFTES : Sakina MOHAMED
Site Web : www.aftes.asso.fr - SPECIFIQUE - Edition : 33, place Décurel - F 69760 LIMONEST - Maquette : Estelle PORCHET Publicité : Catherine JOLIVET - [email protected]
Tél. : 33 (0)4 37 91 69 50 - Télécopie : 33 (0)4 37 91 69 59 - Abonnement : [email protected]
M
267
268_272AftesInfo_Mise en page 1 23/08/12 11:17 Page268
AFTES INFO M
Construction du premier tunnel routier du Gothard en 1976 - 1977 /
Construction of the first Gothard road tunnel in 1976 - 1977.
Dernière minute/Latest news
Tramway de Nice
A45 Saint-Etienne/Lyon link
Feu vert pour la ligne 14
La commission d'enquête publique a donné le
feu vert à la construction de la seconde ligne de
tramway de Nice. Cette ligne Est-Ouest de 8,6 km
comprendra la construction au tunnelier d'un tunnel
de 3,6 km sous le Boulevard Grosso et la place Arson
dans le centre-ville. Une procédure négociée a été
initiée en juin dernier et le contrat n'a pas encore
été attribué. L'excavation du tunnel devrait démarrer
début 2013 pour une inauguration de la ligne fin
2016. Le coût total du projet est estimé à 450 millions
d'euros dont 250 millions pour le tunnel.
On April 24 the Ministry of Transportation has issued
the tender for the concession of the A45 motorway
link between Saint-Etienne and Lyon. This concession includes the construction and operation for a
maximum period of 55 years of this 48 km long section
which includes 4 tunnels, Bruyères (1100 m),
Lavoué (600 m), Crêt Até (1400 m) and Mouille (600 m),
and viaducts for a total length of 4.2 km.
La commission d'enquête a donné son feu vert à la
poursuite du projet de prolongation de la ligne 14
du métro parisien sur une longueur en souterrain
de 5,5 km entre St Lazare et Saint-Ouen. Il doit
maintenant être approuvé par l'État et la construction pourrait débuter fin 2013, pour un coût total
estimé à 1,2 milliard d'euros.
Rénovation du tunnel de Neuilly
The inquiry commission gave the green light to
proceed with the project of extending the Paris metro
line 14 over a length of 5.5 kilometers underground
between St Lazare and Saint-Ouen. It must now be
approved by the State and construction could begin
late 2013, for a total cost estimated at 1.2 billion euros.
Nice tramway
The public inquiry commission has approved the
construction of the second tramway line in Nice.
This 8.6 km long East-West line will include the
construction with a TBM of a 3.6 km long tunnel
located downtown under the Boulevard Grosso and
Arson Square. A negotiation procedure was initiated
last June and the contract has not yet been awarded.
Excavation of the tunnel should start early 2013 and
the inauguration of the line is expected end 2016.
The total project cost is estimated at 450 million
euros, including 250 million for the tunnel.
L'appel d'offres pour réaliser les travaux de remise
à niveau de la sécurité du tunnel de Neuilly sur Seine
sur la RN 13 a été publié. Les travaux sur ce tunnel
bi-tube de 440 m font partie du programme d'amélioration de la sécurité des tunnels d'Ile de France,
comprenant au total 22 ouvrages. Les travaux dans
le tunnel de Neuilly concernent le remplacement des
équipements électriques et de ventilation, la protection incendie de la structure du tunnel ainsi que la
construction de deux nouvelles sorties de secours.
Les travaux de rénovation devraient durer 28 mois.
Liaison A45
Le ministère des Transports a publié le 24 avril
dernier l'appel d'offres pour la concession de la
liaison autoroutière A45 entre Saint-Étienne et Lyon.
Cette concession comprend la construction et
l'exploitation pendant une période maximale de
55 ans de cette section de 48 km incluant les tunnels
de Bruyères (1100 m), Lavoué (600 m), Crêt Até
(1400 m) et Mouille (600 m), ainsi que des viaducs
d'une longueur cumulée de 4,2 km.
Appels d'offres pour la ligne rouge
La société du GRAND PARIS prévoit de publier
prochainement les premiers appels d'offres pour les
stations et les tunnels dans le cadre de la première
phase du projet de Grand Paris Express. Les appels
d'offres concerneront une section de 62 km de
tunnels de la ligne rouge entre Le Bourget et Pont
de Sèvres via Noisy-Champs et 23 stations. La
société du GRAND PARIS a déclaré qu'il s'agirait
d'appels d'offres multidisciplinaires pour des
équipes combinant des architectes et des bureaux
d'études spécialisés en travaux souterrains.
Renovation of the Neuilly tunnel
The tender for the work to upgrade
the safety of the Neuilly-sur-Seine
tunnel on the RN 13 has been published. Work on this 440 m-long
twin-tube tunnel is part of the
program to improve safety of the
22 tunnels of Ile de France. Work
in the Neuilly tunnel involves the
replacement of electrical and ventilation equipments, fire protection
of the tunnel structure and the
construction of two new emergency
exits. The renovation work is expected to last 28 months.
268
Paris, green light for Line 14
M TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°232 - Juillet/Août 2012
Grand Paris -Tenders for the red line
The Société du Grand Paris plans to publish soon the
first tender documents for stations and tunnels under
the first phase of the Grand Paris Express project. Tenders will concern a section of the red line between Le
Bourget and Pont de Sèvres via Noisy-Champs including 62 km of tunnels and 23 stations. The Société
du Grand Paris said tenders would be multidisciplinary
and made for teams combining architects and consultants specialized in underground work.
AFTES INFO
Percement à Saverne
L'excavation du premier tube du tunnel de Saverne
de 4 km de long situé sur la LGV Est est terminée.
Le groupement Dodin Campenon Bernard Construction/ Spie Batignolles TPCI / Vinci Construction
Terrassement / Valerian / Strabas / GTM / Bonnard
& Gardel / Campenon Bernard Dodin Ingenierie /
Alain Spielmann / Antea/ Lassus Paysage et Cegelec
a débuté en novembre 2010 les travaux de la section
de 106 km entre Baudrecourt et Vendenheim. Le
tunnel est creusé avec un tunnelier Herrenknecht
qui a progressé à une cadence moyenne de 22,5 m
par jour.
Breakthrough in Saverne
The excavation of the first tube of the 4 km long Saverne
tunnel located on the LGV Est (Eastern High Speed
Railway Line) is completed. The JV Dodin Campenon
Bernard Construction / Spie Batignolles TPCI / Vinci
Construction Terrassement / Valerian / Strabas / GTM
/ Bonnard & Gardel / Campenon Bernard Dodin Ingénierie
/ Alain Spielmann / Antea / Lassus Paysage and Cegelec
began in November 2010 the work of the 106 km long
section between Baudrecourt and Vendenheim. The
tunnel is excavated with a Herrenknecht TBM which
progressed at an average rate of 22.5 m per day.
Appel d'offres pour le métro de Rennes
La société en charge du métro de Rennes,
SEMTCAR, a publié un appel d'offres pour la
construction de la section forée de la ligne B du
métro. Ce lot comprend l'excavation au tunnelier
d'un tunnel mono tube de 7,7 km de long avec un
diamètre d'environ 9 m, creusé à une profondeur
comprise entre 9 et 20 m entre le puits d'accès sur
le site de La Courrouze et le puits de sortie sur le
boulevard de Vitré. Neuf stations seront creusées sur
cette section forée. Les négociations avec les entrepreneurs potentiels débuteront début 2013 et les
offres finales devraient être présentées à l'été 2013.
L'excavation au tunnelier devrait débuter en 2015.
SEMTCAR publiera d'autres appels d'offres pour :
une section en tranchée couverte et des stations au
Sud-Ouest (1 lot), une section en tranchée couverte
et des stations au Nord-Est (1 lot), un viaduc de
2,8 km (1 lot) et la construction de 3 stations en
surface (1 lot).
Tender for the Rennes metro
SEMTCAR, the company in charge of the Rennes
metro, has issued a tender for the construction of
the tunnel section of the metro line B. This lot
includes the excavation with an approx-9m diameter TBM of a 7.7 km long single tube tunnel, dug at
a depth of between 9 and 20 m from the access
shaft on the La Courrouze site to the exit shaft on
the Boulevard de Vitré. Nine stations will be excavated along this section. Negotiations with potential
contractors will begin early 2013 and final offers
should be presented in summer 2013. The TBM
excavation is expected to begin in 2015. SEMTCAR
will issue further tenders for: a cut and cover section
and stations in the Southwest (1 lot), a cut and cover
section and stations in the North East (1 lot), a
2.8 km viaduct (1 lot) and the construction of three
on-ground stations (1 lot).
International
ALLEMAGNE / GERMANY-
Statistiques de construction d'ouvrages souterrains / Statistics on the construction of underground structures
ouvrages les plus longs seront le tunnel bi-tube de
Schindhau sur la B27 (2,3 km) et le tunnel bi-tube
de Duttenberg (2 km) sur la A98. Dans le Land de
Hesse, plusieurs tunnels sont planifiés sur la A44,
dont le tunnel bi-tube de Hirschagen de 4,1 km de
long ; la consultation pour les travaux de construction
de ce tunnel devrait débuter prochainement.
En Bavière, près de 25 km de tunnels routiers sont
envisagés, même si les tunnels de la B2 (Starnberg,
Oberau, Kramer et Auerberg) ne seront pas construits
dans un futur proche car Munich n'a pas été choisie
pour accueillir les JO d'hiver de 2018. A Leipzig,
plusieurs tunnels et tranchées couvertes pour la
«Stadtstrasse» à quatre voies d'une longueur cumulée de 13 km seront nécessaires. Environ 20 km de
tunnels ont été ajoutés depuis l'année dernière dans
les statistiques qui ne comportaient que 148 km de
projets de tunnels routiers et autoroutiers.
As every year STUVA, the German research center
on underground public transportation, has just published its statistics on the construction and renovation
of tunnels. In total 151 km of new railway tunnels are
planned. The most important are those of Stuttgart
21 and the new high speed railway line between
Stuttgart and Wendlingen / Ulm. In 2011, construction began for several tunnels of the NurembergErfurt line, but not for the 6.8 km long Pegnitz tunnel
(4.9 km tunnel and 1.9 km cut-and-cover). With
regard to urban transport, the common section of the
S-Bahn in Munich should be built between 2013 and
2019. This project includes the construction of a
7.2 km long twin-tube tunnel and an 850 meters
cut-and-cover for the lot PFA1/2, and a twin-tube
tunnel of 1.9 km plus a 2 x 246 m trench for the lot
PFA3. Consultation of contractors for the construction
of the stations has already started. Among the major
renovation projects of railway tunnels, there is the
Kaiser Wilhelm tunnel built in 1874 for which work
should begin once the new tunnel will be commissioned. With regard to road and highway tunnels,
a total of 167 km of tunnels and cut-and-cover
trenches are listed. Among the largest projects there
is the crossing of the Elbe River over a length of
13 km on the highway A20 in Schleswig-Holstein.
The construction work of this tunnel should last six
years for an estimated cost of 907 million Euros.
The main tunnel projects are located in BadenWürttemberg for a cumulative total of 49 km; the
longest tunnels will be the Schindhau two-tube tunnel
on the B27 (2.3 km) and the Duttenberg twin-tube
tunnel (2 km) on the A98. In the Hesse Land, several
tunnels are planned on the A44, including the 4.1 km
long Hirschagen twin-tube tunnel; consultation for
the construction of this tunnel should begin soon.
In Bavaria, nearly 25 km of road tunnels are planned,
although the tunnels on the B2 (Starnberg, Oberau,
Kramer and Auerberg) will not be built in the
near future because Munich has not been chosen
to host the 2018 Winter Olympics. In Leipzig, for
the four-lane "Stadtstrasse", several tunnels and
cut-and-cover trenches of a total length of 13 km
will be needed. Since last year, about 20 km of
tunnels have been added in the statistics which
included only 148 km of roads and highway tunnel
projects.
M
Comme chaque année la STUVA, le centre de
recherche sur les transports en souterrain allemand,
vient de publier ses statistiques concernant la
construction et la rénovation des tunnels. Au total
151 km de nouveaux tunnels ferroviaires sont en
projet. Les plus importants sont celui de Stuttgart 21
et la nouvelle ligne à grande vitesse entre Stuttgart
et Wendlingen/Ulm. En 2011, la construction a débuté
pour plusieurs tunnels de la ligne Nuremberg-Erfurt,
mais pas les travaux du tunnel de Pegnitz de 6,8 km
(4,9 km au tunnelier et 1,9 km en tranchée couverte).
En ce qui concerne les transports urbains, la section
commune du S-Bahn de Munich devrait être
construite entre 2013 et 2019. Ce projet comprend
la construction d'un tunnel bi-tube de 7,2 km et
d'une tranchée couverte de 850 m, dans le lot
PFA1/2, ainsi qu'un tunnel bi-tube de 1,9 km et une
tranchée de 2 x 246 m, dans le lot PFA 3. La consultation des entreprises pour la construction des
stations a déjà démarré. Parmi les principaux projets
de rénovation de tunnels ferroviaires, figure celle du
tunnel de Kaiser Wilhelm construit en 1874, dont les
travaux devraient débuter une fois que le nouveau
tunnel sera mis en service. En ce qui concerne les
tunnels routiers et autoroutiers, au total 167 km de
tunnels et de tranchées couvertes sont répertoriés.
Parmi les projets les plus importants figure la traversée de l'Elbe sur une longueur de 13 km sur l'autoroute A20 dans le Schleswig-Holstein. Les travaux
de construction de ce tunnel devraient durer 6 ans
pour un coût estimé à 907 millions d'euros. Les
principaux projets de tunnels sont situés en BadeWurttemberg pour un total cumulé de 49 km; les
269
AFTES INFO M
ITALIE / ITALY-
ALLEMAGNE / GERMANY-
Analyse coûts/bénéfices du Lyon-Turin /
Cost / profit analysis of the Lyon-Torino
Percement du XFEL /
Breakthrough on the XFEL
L'excavation du laboratoire européen de recherche
de rayons X (XFEL), comprenant un tunnel de 5,8 km
situé dans la région de Hambourg, est terminée. Les
travaux, réalisés par le groupement Hochtief / Bilfinger & Berger, avaient débuté en 2010. Ce laboratoire
de recherche, qui permettra de générer des rayons
X ultracourts, devrait être mis en service en 2015.
Le Commissaire Italien aux Transports, M. Mario
Virano, a présenté le 26 avril dernier l'analyse
coûts/bénéfices de la liaison Lyon-Turin. L'analyse
conclut que, si cette ligne est construite, le trafic
ferroviaire du fret sera de 39,9 millions de tonnes par
an en 2035, contre 15,5 millions dans le cas
contraire. De plus, cette nouvelle liaison devrait
permettre une augmentation d'environ 2 millions
du nombre des passagers. Après la publication de
ces résultats, le Ministre italien du Développement,
des Infrastructures et des Transports, M. Corrado
Passera, a confirmé le soutien total du gouvernement
italien au projet Lyon-Turin.
The Italian Commissioner for Transport, Mario Virano,
submitted on April 26 the cost / profit analysis of the
Lyon-Torino project. The analysis concludes that if this
line is built, the rail freight traffic will be 39.9 million
tons/year in 2035, against 15.5 million in the opposite
case. In addition, this new link should lead to an
increase of passengers by about 2 million. After the
publication of these results, the Italian Minister of
Development, Infrastructure and Transport, Corrado
Passera, confirmed the full support of the Italian
government to the Lyon-Torino project.
The excavation of the European X-ray research Laboratory (XFEL), including a 5.8 km tunnel located in the
Hamburg area has been completed. The work, carried
out by the JV Hochtief / Bilfinger & Berger, began in
2010. This research laboratory, which will generate
ultrashort X-rays, should be commissioned in 2015.
ROUMANIE / ROMANIA-
Avancement sur le métro de Bucarest / Progress on the Bucharest Metro
La société en charge du réseau du métro de Bucarest, Metrorex SA, devrait démarrer cet
automne la procédure d'appels d'offres pour la construction d'une extension de la ligne
6 du métro. Cette extension de 16 km entre la station 1er Mai et l'aéroport Henri Coanda
comprendra 14 stations et son coût est estimé à 1 milliard d'euros. Les travaux devraient
durer 5 ans. D'autre part, Metrorex SA a confié au groupement Astaldi / Somet / Tiab, le
contrat de construction d'une extension de 1,3 km de la ligne 4 du métro entre Bazilescu,
Laminorului et Straulesti. La section en souterrain sera creusée au tunnelier et comprendra
deux stations et un dépôt. Les travaux devraient débuter fin 2012 et durer 30 mois. Le
montant du contrat est de 164 millions d'euros.
Metrorex SA, the company in charge of the subway network in Bucharest, is expected to start
this fall the tender procedure for the construction of an extension of the Metro Line 6. This
16 km extension between the station 1st of May and the Henri Coanda airport will include 14
stations and its cost is estimated at 1 billion Euros. Work should last 5 years. Moreover, Metrorex
SA awarded to the JV Astaldi / Somet / Tiab the contract to build a 1.3 km extension of the
Metro Line 4 between Bazilescu, Laminorului and Straulesti. The underground section, to be
excavated by a TBM, will have two stations and a depot. Work should start in late 2012 and
last 30 months. The contract amount is 164 million Euros.
270
AFTES INFO
BELGIQUE / BELGIUM-
Rénovation du tunnel Léopold II /
Renovation of the Leopold II tunnel
Le gouvernement de la Région de Bruxelles a donné son feu vert au projet de
rénovation du tunnel routier Léopold II à Bruxelles. Ce tunnel mono tube de
2,5 km inauguré en 1986 est le plus long tunnel routier du pays et son trafic est
de 65000 véhicules par jour. Selon les conclusions des autorités de transport de
la Région, BRUXELLES MOBILITÉ, les travaux concernent la rénovation des
installations de vidéo surveillance, ventilation, signalisation, éclairage, détection
incendie, radio communication, d'équipements électriques et de contrôle. Ils
comprendront également la rénovation des voies de circulation, des sorties et des
abris de secours. De plus, de nouveaux abris et extracteurs de fumées seront installés ainsi qu'un nouveau système de détection d'incidents. Le coût total
de cette rénovation est estimé à 105 millions d'euros et elle sera réalisée dans
le cadre d'un partenariat public-privé comprenant les études, la construction,
l'installation, le financement et la maintenance pendant 25 ans. La consultation
devrait intervenir l'année prochaine et le démarrage des travaux en 2014 pour
3 ans.
The Government of the Brussels Region gave the green light to the renovation project
of the Leopold II road tunnel in Brussels. This 2.5 km long single-tube tunnel opened
in 1986 is the longest road tunnel in the country and its traffic is 65,000 vehicles
per day. According to the conclusions of the Regional transport authorities (Brussels
Mobility), the work involves the renovation of video surveillance, ventilation, signage,
lighting, fire detection, radio communications, electrical and control systems. They
will also include the renovation of roads, exits and emergency shelters. In addition,
new shelters, fume extractors and a new incident detection system will be installed.
This renovation will cost approximately 105 million Euros and will be performed under
a public-private partnership including studies, construction, installation, financing and
maintenance over 25 years. The consultation should take place next year; work should
begin in 2014 and last three years.
BELGIQUE / BELGIUM-
Inauguration de Diabolo / Inauguration of Diabolo
Le projet ferroviaire Diabolo a été inauguré le 7 juin
dernier et sa mise en service a eu lieu le 10 juin. Le
projet Diabolo est une connexion ferroviaire souterraine entre l'aéroport de Bruxelles et la ligne Schaerbeck-Malines. La longueur de tunnel est de 2,7 km
en direction de Bruxelles et de 2,4 km en direction
d'Anvers. Les travaux ont été réalisés par le groupement Cei-de Meyer / MBG / Wayss & Freytag / Vinci
Construction Grands Projets / Smet Tunnelling.
The Diabolo railway project was inaugurated on June
7 and commissioning took place on June 10. The
Diabolo project is an underground rail link between
Brussels Airport and the Schaerbeck-Mechelen line.
The tunnel length is 2.7 km towards Brussels and
2.4 km towards Antwerp. The work was carried out by
the JV Cei-Meyer / MBG / Wayss & Freytag / Vinci
Construction Grands Projets / Smet Tunnelling.
RUSSIE / RUSSIA-
Accord Andra - Rosatom / Agreement Andra - Rosatom
2011 of the law on radioactive waste management in
Russia, Rosatom has initiated the restructuring of the
authorities in charge of the management of radioactive
waste, with the goal of reaching a perfect control of
security in order to better ensure the protection of man
and environment. The MoU focuses on exchanges of
expertise: Rosatom wishes to rely on the experience
and know-how of Andra in the fields of inventory and
storage of radioactive waste, technology, security and
relations with elected officials and people involved.
Andra and Rosatom share the same concerns on
reducing the volumes of radioactive waste to be stored;
exchanges are also planned on treatment technologies
and waste recycling.
Andra (National Agency for Radioactive Waste
Management) has signed in Moscow a cooperation
agreement with Rosatom. Following the vote in July
TUNNELS ET ESPACE SOUTERRAIN - n°232 - Juillet/Août 2012a
M
L’Andra (Agence nationale pour la gestion des
déchets radioactifs) a signé à Moscou un accord de
coopération avec Rosatom. A la suite du vote en juillet
2011 de la loi sur la gestion des déchets radioactifs
en Russie, Rosatom a engagé la restructuration
des instances chargées de la gestion des déchets
radioactifs, avec l’ambition d’une parfaite maîtrise
de la sûreté afin de mieux assurer la protection
de l’homme et de l’environnement. Le protocole
d’accord porte sur des échanges d’expertise :
Rosatom souhaite pouvoir s’appuyer sur l’expérience
et le savoir-faire de l’Andra en matière d’inventaire
et de stockage des déchets radioactifs, dans les
domaines technologiques, de la sûreté et des
relations avec les élus et les populations concernées.
L’Andra et Rosatom partagent les mêmes préoccupations de réduction des volumes de déchets
radioactifs à stocker ; des échanges sont également
prévus sur les technologies de traitement et de
recyclage des déchets.
271
AFTES INFO M
RUSSIE / RUSSIA-
Tunnelier pour Moscou / TBM for Moscow
NFM Technologies va fournir un tunnelier à pression de terre de 6,6 m de diamètre pour excaver une
section de tunnel bi-tube de 6,2 km entre les stations Khodynskoe Pole et Delovoy Tsentr sur la
deuxième ligne circulaire du métro. Ce tunnelier construit pour l'entreprise SMU Engeocom sera livré
fin 2012. Le projet fait partie de l'ambitieux programme d'extension du métro comprenant la construction de 70 km de nouvelles lignes.
NFM Technologies will supply a 6.6 m-diameter EPB TBM to excavate a 6.2 km-long twin-tube tunnel
section between Khodynskoe Pole and Delovoy Tsentr stations on the second metro circle line. This TBM,
manufactured for the company SMU Engeocom, will be delivered late 2012. The project is part of the
ambitious metro extension scheme which includes the construction of 70 km of new lines.
SUISSE / SWITZERLAND-
Deuxième tunnel routier au Gothard /
Gotthard second road tunnel
La Confédération suisse a décidé de construire un
deuxième tunnel routier au Gothard. En effet, le tunnel existant de 16,9 km de long reliant les cantons
d'Uri et du Tessin, inauguré en 1980, nécessite d'être
rénové et les travaux conduiront à sa fermeture pendant une période comprise entre deux ans et demi
et trois ans et demi. La Confédération considère qu'à
long terme, la construction d'un deuxième tunnel,
estimée à 2,3 milliards d'euros y compris les travaux
nécessaires à l'exploitation du tunnel actuel jusqu'à
l'ouverture du nouveau, est la meilleure solution tant
en terme de coût que de sécurité.
Entreprise/Business
DUCROCQ INGENIERIE PROCESS
Fusion Systra - Inexia - Xelis effective /
The merger Systra - Inexia - Xelis is effective
Département Travaux ferroviaires et souterrains
La fusion entre Systra, Inexia, filiale d’ingénierie de la SNCF, et Xelis, filiale
d’ingénierie de la RATP, est effective depuis le 1er juillet 2012. Une fusion
qui s’est déroulée rapidement, depuis l’annonce de l’accord RATP-SNCF
pour la refondation de Systra en octobre 2010. Cette consolidation des
expertises des trois entreprises en fait le numéro 1 du marché français de
l’ingénierie des transports publics, avec un leadership incontesté dans les
domaines de la grande vitesse, de la rénovation de réseaux ferroviaires,
du métro automatique et des ouvrages souterrains en milieu urbain complexe. Systra est classée numéro 2 mondial en ingénierie des transports ferroviaires et urbains à l’international. L’intégration des 3 entités a permis de
passer d’un CA de Systra de 257,8 M€ en 2010, à 416 M€ en 2011, avec
un carnet de commandes record de 807 M€ se répartissant pour moitié
en France et moitié à l’international. La marge opérationnelle s’élève à
23,5 M€, soit 5,7 %.
Conception et réalisation d’équipements
destinés aux travaux de construction
d’ouvrages souterrains et de pose de voies
The merger between Systra, Inexia (engineering subsidiary of SNCF) and Xelis
(engineering subsidiary of RATP) took effect on 1 July 2012: a merger that
proceeded quickly since the announcement in October 2010 of the RATPSNCF agreement for the restructuring of Systra. This consolidation of expertise
of the three companies makes Systra number one on the French market in
public transport engineering, with an undisputed leadership in the areas of
high speed, renovation of railway networks, automatic subways and underground structures in complex urban environments. Systra is ranked number
2 worldwide in rail and urban transport engineering. The integration of the
three entities allowed to grow from a turnover of 257.8 M € for Systra in
2010 to € 416 million in 2011, with a record order book of € 807 million
distributed half in France half internationally. The operating margin amounts
to € 23.5 million i-e 5.7%.
272
The Swiss Confederation has decided to build a second
road tunnel at the Gotthard. Indeed, the 16.9 km-long
existing tunnel connecting the cantons of Uri and Ticino,
opened in 1980, needs to be renovated and the work
will lead to its closure for a period of between two and
a half and three and a half years. The Confederation
considers that in the long term, building a second tunnel, estimated at 2.3 billion Euros including the work
necessary to operate the existing tunnel until the new
one opens, is the best solution in terms of both cost
and safety.
Z.A. Ecuires - B.P. 59
62170 Montreuil-sur-mer - France
Tél. (33) 03 21 90 02 60
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274a302RECO FR_Mise en page 1 23/08/12 14:23 Page274
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT32.R2F1 M
Recommandation sur la caractérisation
des incertitudes et des risques géologiques,
hydrogéologiques et géotechniques
Texte présenté par Gianpino Walter BIANCHI (SEA Consulting) et Jean PIRAUD (ANTEA), animateurs du Groupe de travail GT32-2
Ce document a été réalisé avec la collaboration de :
Alain ROBERT (CETU) et Emmanuel EGAL (BRGM)
et les contributions de :
François BERBET (Bouygues Construction), Lorenzo BRINO (LTF), Gilbert CASTANIER (EDF), Yves CHAMEROIS (SNCF), Daniel COLLOMB (BG Ing. Conseils),
Michel DUCROT (Eiffage TP), Elisabeth DEMAS (Coyne & Bellier), Denis FABRE (CNAM), Stefano FUOCO (SWS), Cédric GAILLARD (CETU),
Bernard GAUDIN (Egis Tunnels), Jean-Louis GIAFFERI (Expert Géologue), Patrick LACOMBE (SNCF), Hervé LE BISSONNAIS (Terrasol), Nathalie MONIN (LTF),
Patrick PIERRON (Géo-CSP), Christian PLINE (Geodata), Jacques ROBERT (Arcadis), Adrien SAITTA (Egis Tunnels), Hubert TOURNERY (Egis Tunnels),
Philippe VASKOU (Géostock), Christophe VIBERT (Coyne & Bellier)
Sont à remercier pour leur participation à la relecture du document :
Andrew BOURGET (Egis Tunnels), Roger COJEAN (Ecole des Mines-ParisTech), Jean-Louis DURVILLE (CGEDD), Attilio EUSEBIO (Geodata),
Jean-Bernard KAZMIERCZAK (Ineris), Georg SCHAEREN (Norbert) et Thierry YOU (Géostock)
Les réflexions de l’AFTES sur les risques liés au sous-sol ont suscité l’intérêt du Comité Français de Mécanique des Sols et de Géotechnique (CFMS), du Comité
Français de Mécanique des Roches (CFMR) et du Comité Français de Géologie de l’Ingénieur et de l’environnement (CFGI). A leur demande, ces trois comités ont été
associés à une relecture de la présente recommandation et ont proposé des modifications. Ils considèrent en effet que ce texte, bien que rédigé dans l’optique
« ouvrages souterrains », peut être facilement utilisé ou adopté pour d’autres types d’ouvrages fortement conditionnés par les risques liés au sous-sol.
Le texte qui suit a été validé par le Comité technique de l’AFTES le 23/07/12.
L'AFTES recueillera avec intérêt toute suggestion relative à ce texte.
Synthèse
1 - Objet de la Recommandation- . . . . . . . . . . . . . . . . . .277-
4.2 - Conduite générale des études . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .288
1.1 - Constat de la situation actuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .277
4.3 - Phase études préliminaires (EP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .289
1.2 - Délimitation du champ de la Recommandation . . . . . . . . . .277
4.4 - Phase avant-projet (AVP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .289
1.3 - Objectifs visés par la Recommandation . . . . . . . . . . . . . . .277
4.5 - Phase projet (PRO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290
4.6 - Phase assistance au contrat de travaux (ACT) . . . . . . . . . .290
2 - Terminologie- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .278-
4.7 - Cas de la conception / construction ou autres processus
de dévolution anticipés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291
2.1 - Vocabulaire adopté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .278
2.2 - Commentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .279
5 - Bibliographie- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292-
3 - Méthodologie du management des risques- . . . . . . .281-
6 - Annexes- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293-
Avertissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281
1 - Correspondance avec les textes existants . . . . . . . . . . . . . . .293
3.1 - Bilan des connaissances et des incertitudes géotechniques .282
2 - Qualité des données et fiabilité des interprétations . . . . . . . .295
3.2 - Appréciation des risques géotechniques . . . . . . . . . . . . . . .283
3 - Elaboration du modèle géologique et représentation graphique
des incertitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .300
3.3 - Traitement du risque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .286
4 - Incertitudes et risques hydrogéologiques . . . . . . . . . . . . . . .307
274
4 - Application de l’analyse des risques à chaque phasedu projet- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287-
5 - Incertitudes et risques liés aux paramètres géotechniques .309
4.1 - Correspondance entre missions d'ingénierie géotechnique
et Loi MOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287
7 - Méthodes de quantification des risques . . . . . . . . . . . . . . . . .312
6 - Récapitulation des sources de risque . . . . . . . . . . . . . . . . . .310
8 - Liste des sigles et abréviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314
RECOMMANDATION DE L’AFTES N°GT32.R2F1
Synthèse
La présente Recommandation se place dans la continuité des travaux antérieurs de l’AFTES qui s’intéressaient aux problèmes posés par les incertitudes
propres aux travaux souterrains :
• la Recommandation du GT1 sur la « Caractérisation des massifs rocheux » (2003),
• celle du GT32 lui-même, qui avait déjà réfléchi à la « Prise en compte des
incertitudes géologiques dans les DCE » (GT32-1 2004),
• celle du GT25, consacrée aux bonnes pratiques en matière de maîtrise des
coûts et de contractualisation des projets (2007).
Elle se justifie par le fait qu’il n’existe pas encore de méthodologie partagée
pour caractériser les incertitudes géotechniques, ni pour encadrer les analyses
de risques, et parce que les nouveaux types de contrats (conception-construction, PPP, concession…) ont parfois conduit à des dérives et des illusions quant
aux modes d’affectation de ces risques.
Or l’AFTES est convaincue que les incertitudes et risques géotechniques
affectant les projets d’ouvrages souterrains doivent être identifiés, représentés
et évalués aussi tôt et objectivement que possible. Pour en maîtriser les effets,
les méthodes constructives et leur mode de rémunération doivent être explicités dans le DCE, puis validés par les deux parties avant signature du marché
de travaux. Le but de la Recommandation est donc d’inciter tous les acteurs
à prévoir à l’avance des moyens nécessaires pour faire face aux évènements géotechniques incertains, afin que leur survenance impacte le
moins possible le coût et le délai de réalisation de l’ouvrage.
Le terme « géotechnique » est employé ici au sens large et englobe tout ce
qui touche à la géologie, l’hydrogéologie et la géotechnique stricto sensu.
Il peut être étendu par analogie aux « risques anthropiques » liés aux vieilles
fondations, galeries, puits et vestiges divers. De même, les risques induits
par les travaux souterrains sur le bâti avoisinant (objet du GT16 de l’AFTES)
pourraient relever d’une démarche analogue.
Terminologie
Pour éviter des malentendus très fréquents, l’AFTES a pris le parti de préconiser
l’emploi strict et exclusif de la terminologie qui a été définie au niveau
international, en français et en anglais, par deux normes ISO :
• ISO 31000 : 2009 (F) – « Management du risque - Principes et lignes
directrices ».
• ISO : Guide 73 : 2009 (E / F) – « Management du risque - Vocabulaire ».
Ce vocabulaire, non spécifique à la géotechnique, est détaillé au chapitre 2 de
la Recommandation ; il comprend une quinzaine de termes dont l’acception
diffère parfois de ce que chacun croit être le langage courant, mais dont
l’emploi permet d’éviter l’introduction de nouvelles définitions, qui ne feraient
que rajouter à la confusion.
A titre d’exemple, le risque est défini comme l’effet de l’incertitude sur l’atteinte
des objectifs ; le niveau (gravité) de ce risque résulte d’une combinaison entre
la vraisemblance de l’évènement considéré et ses conséquences.
Méthodologie du management des risques
L’AFTES considère que l’étude des incertitudes et risques géotechniques
est un processus itératif, qui doit être répété à la fin de chaque phase du
projet (par exemple EP, AVP, PRO…), avant de passer à la phase suivante.
En effet, c’est sur la base de cette étude, et des conclusions qu’en tirera
le maître d’ouvrage quant aux risques qu’il veut ou non assumer, que le
maître d’œuvre décidera de lancer des reconnaissances complémentaires,
de modifier le projet, de changer de méthode d’exécution, etc.
Cette démarche suppose impérativement d’avoir fait des reconnaissances
géotechniques suffisantes (même en cas de consultation anticipée des entreprises), car on ne peut pas affecter ou partager de manière loyale des risques
qui n’auraient pas été correctement caractérisés auparavant. Elle comprend
trois séquences successives, qui sont à répéter à chaque phase du projet, et
qui sont schématisées sur le logigramme de la Figure 1 (page 281) :
- Le bilan des connaissances et incertitudes géotechniques,
- L’appréciation des risques qui en découlent,
- Le traitement de ces risques.
a) Bilan des connaissances et des incertitudes. Cette séquence recouvre en
grande partie, en la complétant, l’établissement des cahiers A et B définis dans
la première Recommandation du GT32 ; elle comprend quatre étapes :
• La compilation des données factuelles, qu’elles aient été acquises spécifiquement pour le projet ou qu’elles proviennent de chantiers antérieurs ou
de publications (c’est le cahier A) ;
• L’analyse de la fiabilité des données, qui aboutit à retenir ou écarter
certaines données pour établir les modèles géologiques et hydrogéologiques,
et définir le contexte géotechnique ; cette analyse critique est à effectuer et
consigner au début du cahier B ;
• la rédaction du Mémoire de synthèse géotechnique (MSG), complété par
le Profil en long géotechnique, l’ensemble constituant le cahier B ;
• enfin, l’établissement du Registre des incertitudes géotechniques, qui est
en quelque sorte le « négatif » du MSG ; ce registre récapitule toutes les
inconnues et incertitudes sans analyser leurs conséquences en termes de
génie civil ; il constitue le dernier chapitre du MSG.
b) Appréciation des risques. Cette séquence peut être enclenchée dès que
l’on a une première idée du mode de construction de l’ouvrage, c’est-à-dire
une première esquisse du Mémoire de conception (cahier C). Elle se décompose en trois étapes :
• L’identification des risques, qui consiste à passer en revue toutes les
incertitudes et à imaginer leurs conséquences positives ou négatives sur
les conditions de réalisation de l’ouvrage ; cette étape s’appuie sur
M
Objet de la recommandation
275
l’expérience d’ouvrages antérieurs dans des terrains analogues, avec
recherches bibliographiques et consultation d’experts ;
• L’analyse des risques, qui consiste à quantifier au mieux (sinon à qualifier)
la vraisemblance des évènements incertains et la gravité de leurs conséquences en terme de coût, délai, sécurité du chantier, impact environnemental... Comme les conséquences d’un évènement peuvent affecter
différemment plusieurs objectifs, le niveau de risque qui en résulte varie
selon les objectifs et priorités définis par le maître d’ouvrage. Pour illustrer
cette analyse, on utilise souvent une matrice à deux entrées (vraisemblance *
conséquences) avec des coefficients multiplicateurs.
• L’évaluation du risque consiste à comparer les résultats de l’analyse
précédente avec les critères d’acceptabilité définis par le maître d’ouvrage ;
elle permet de déterminer les risques nécessitant un traitement pour ramener
leur gravité à une valeur acceptable.
c) Traitement des risques. Cette séquence consiste à réduire l’importance
d’un risque, voire à le supprimer en agissant sur un ou plusieurs leviers :
réduction de la vraisemblance par de nouvelles reconnaissances, réduction
des conséquences par modification du tracé, du profil, des méthodes, etc.
Après application de ces mesures, le niveau du risque est à nouveau évalué
et comparé aux critères du maître d’ouvrage, et ainsi de suite.
Ce processus d’analyse itératif conduit à modifier et compléter à chaque fois
le cahier C, notamment si des reconnaissances complémentaires ont été lancées pour tenter de réduire certaines incertitudes. Afin d'assurer la traçabilité
des études, il convient d'établir et de tenir à jour un « Registre des risques »,
dans lequel sont reportées toutes les actions de traitement mises en œuvre
avec leurs résultats escomptés.
Application de la méthodologie
à chaque phase du projet
Le chapitre 4 de la Recommandation a pour but d’expliquer comment la méthodologie exposée ci-dessus s’applique à un projet classique régi par la loi MOP,
avec consultation des entreprises au stade Projet. On rappelle d’abord la
correspondance entre les phases d’études selon la loi MOP et les missions
d’ingénierie géotechnique définies par la norme NFP 94-500. Le processus
d’étude des risques est ensuite décliné pour chaque phase du projet :
a) En phase Etudes préliminaires (EP). Cette phase, qui coïncide avec la mission
géotechnique (G11) de la norme, comporte un inventaire et une identification
complète des incertitudes et risques du projet, en s’inspirant de l’expérience
de travaux antérieurs (c’est un travail d’expertise). Les documents résultants
comprennent, outre le Dossier d’études préliminaires prévu par la loi MOP :
• une fiche dûment renseignée pour chaque risque identifié,
• le Registre des incertitudes et le Registre des risques potentiels pour le
chantier,
• le programme des actions de traitement à entreprendre, notamment des
reconnaissances géologiques, hydrogéologiques et géotechniques.
b) En phase Avant-projet (AVP). Cette phase comprend à la fois une Etude
géotechnique d’Avant-projet (G12) et une première Etude géotechnique de
276
projet (G2), en vue d’une première estimation du coût de l’ouvrage. Le modèle
géologique issu des reconnaissances permet de bien identifier les conditions
géotechniques qui peuvent être source de risque et les principes généraux
pour en limiter les conséquences (adaptation du tracé, du profil en long,
lancement d’une galerie de reconnaissance, dispositions constructives plus
robustes…). Ces analyses conduisent à remettre à jour le Registre des risques.
c) Phase Projet (PRO). Cette phase comprend une actualisation de l’étude
géotechnique de projet (G2), en vue d’aboutir à un projet bien défini. Doivent
être décidées les investigations à prévoir à l’avancement, les valeurs-seuils
associées aux méthodes d’exécution (convergences, tassements, vibrations)
et les procédures d’auscultation. Comme il n’y aura plus a priori de reconnaissances nouvelles, le Registre des risques peut être finalisé. Il permettra au
maître d’ouvrage de prendre la mesure des risques résiduels, de vérifier leur
acceptabilité et d’arrêter sa stratégie définitive de gestion des risques et de
la transcrire dans le marché de travaux.
d) Phase Assistance au contrat de travaux (ACT). Cette phase consiste notamment à transcrire les dernières versions des documents antérieurs sous la
forme des cahiers A, B et C du DCE, et à les compléter par les chapitres ou
documents relatifs à la gestion des risques. Conformément au nouveau
Fascicule 69 du CCTG (à paraître en 2012), c’est à ce stade que le maître
d’œuvre doit rédiger le Plan de management des risques, qui doit notamment
définir l’affectation des risques résiduels en accord avec le maître d’ouvrage.
Enfin, des recommandations détaillées sont données en annexe 3 sur le
processus d’élaboration des coupes géologiques, sur le type de données à
y représenter et sur la manière de figurer les incertitudes. Après avoir défini
la notion de Modèle géologique en 3D, on présente le contenu des documents
successifs à établir, à savoir la Carte d’affleurements et la Carte géologique
interprétée, le Schéma géologique de principe, puis la Coupe documentaire et
la Coupe interprétative. Enfin, on insiste sur l’importance du Profil en long
géotechnique, document récapitulatif qui est l’illustration et le complément
indissociable du Mémoire de synthèse géotechnique.
Réalésage de la descenderie de St-Martin-la-Porte
suite à de grandes convergences.
1 - Objet de la recommandation-
1.1 - Constat de la situation actuelle
Depuis la fin des années 1990, l’AFTES s’est beaucoup préoccupée de
l’incidence des incertitudes géologiques, hydrogéologiques et géotechniques
sur les travaux souterrains ; elle a suscité à ce sujet la création de trois groupes
de travail :
• Le GT1 (Caractérisation des massifs rocheux), qui a défini un mode de
description semi-quantitatif des massifs rocheux dans une optique de
travaux souterrains ; ses recommandations ont été publiées en 2003 1 [1] ;
• Le GT32, qui dans sa première configuration (dite GT32-1) a proposé une
méthodologie pour prendre en compte ces incertitudes dans les Dossiers
de Consultation des Entreprises (DCE), notamment en instituant les cahiers
A, B et C dont le contenu est rappelé au § 4.6 (Recommandations publiées
en 2004) [2] ;
• Enfin, le GT25 (Maîtrise des risques et contractualisation), qui a examiné tout
ce qui pouvait favoriser une bonne maîtrise du coût des projets et a formulé
à cette fin un ensemble de recommandations à l’attention de tous les acteurs
(texte publié en 2007) [3].
Cependant, il apparaît à l’expérience que la situation reste encore peu satisfaisante pour tout ce qui touche à la caractérisation des incertitudes, imprévus
et risques liés au sous-sol :
• La représentation graphique de ces incertitudes sur les coupes géologiques
est souvent incomplète, ambiguë ou carrément absente ;
• Dans les rapports, la description des incertitudes est souvent insuffisante,
qu’elles portent sur les propriétés géotechniques (dispersion naturelle), sur
la localisation des évènements (passage de failles) ou sur la fréquence des
phénomènes aléatoires (traversée de karsts) ;
• Souvent, le maître d’œuvre d’un projet d’ouvrage souterrain ne dispose pas
en son sein d’une capacité d’ingénierie géotechnique suffisante, alors qu’il
s’agit d’une composante indispensable pour mettre au point et gérer un
contrat de travaux ;
• Il n’y a pas de méthodologie reconnue et univoque pour prendre en compte
ces incertitudes dans les rapports dits « Analyse des risques », qui sont
devenus courants pour les projets de tunnels et sont même rendus quasiobligatoires par les assureurs internationaux (cf. ITIG, 2006) [9];
• Les nouveaux modes de contractualisation, notamment avec consultation
précoce des entreprises, ont fait naître parfois l’illusion que le maître
d’ouvrage pourrait ainsi transférer à l’entreprise la plupart des risques du
sous-sol, voire alléger l’effort de reconnaissance qui lui incombe. En réalité,
il n’en est rien : même en cas de consultation précoce, on ne peut procéder
à une analyse sérieuse et à un partage équitable des risques que sur la base
d’investigations géotechniques approfondies.
Face à ce constat, l’AFTES a réactivé en 2009 le groupe de travail GT32, en
vue de définir une méthodologie pour identifier et représenter au mieux les
1.2 - Délimitation du champ de la Recommandation
La présente recommandation porte sur les incertitudes et risques géologiques,
hydrogéologiques et géotechniques. Si ces trois termes ont été volontairement conservés dans le titre, c’est pour bien souligner que dans un projet de
tunnel, l’analyse des risques doit faire appel à des expertises multiples situées
au croisement des sciences de la Terre et des sciences physiques (Géologie,
Géologie de l’ingénieur, Hydrogéologie, Mécanique des sols, Mécanique des
roches…). Cependant, dans le corps du texte, on parlera plus simplement de
« risques géotechniques », cet adjectif étant alors employé au sens large qui
est le sien dans l’expression anglaise « Geotechnical Engineering », qui recouvre tous les volets liés au sous-sol.
Les problèmes posés par les vestiges anthropiques (pieux, puits, galeries et
ouvrages anciens…) qui entourent un ouvrage souterrain en projet ou en
construction relèvent d’une démarche tout à fait analogue, car ils présentent
eux aussi des incertitudes difficiles à lever quant à leur localisation, leur état
et leur comportement. L’AFTES considère que les « risques anthropiques » liés
à ces vestiges peuvent être traités selon la même méthodologie que celle qui
va être proposée pour les risques géotechniques.
L’approche de la présente recommandation doit également être appliquée aux
incertitudes et risques liés aux avoisinants. Ce terme désigne les ouvrages et
immeubles voisins ainsi que leurs fondations ; ces ouvrages, situés dans la
Zone d’Influence Géotechnique (ZIG), peuvent soit affecter l’ouvrage à
construire (en créant des hétérogénéités ou des reports de charge, par exemple), soit le plus souvent être affectés par lui (tassements ou fissuration du
bâti, vibrations…). Cette approche sera complétée dans la Recommandation
en cours d’élaboration par le groupe de travail GT16 de l’AFTES (« Effets des
tassements et vibrations sur le bâti »).
Enfin, la présente recommandation ne traite pas de la gestion contractuelle
des risques, ni de leur partage éventuel et de leur rémunération en cours de
travaux. Ces aspects sont du ressort du GT25 (« Contractualisation »), qui a
été relancé en 2010 et dont les travaux se situent à l’aval du GT32.
1.3 - Objectifs visés par la Recommandation
Les incertitudes et risques géotechniques affectant les projets d’ouvrages souterrains doivent être identifiés, représentés et évalués aussi tôt et objectivement que possible. Pour en maîtriser les effets, les méthodes constructives et
leur mode de rémunération doivent être explicités dans le DCE, puis validés
par les deux parties avant signature du marché de travaux. Le but recherché
La recommandation publiée en 2003 (TOS N°177) a remplacé une précédente recommandation, sensiblement plus sommaire, publiée en 1978 (TOS N°28).
M
1
incertitudes du sous-sol, puis analyser et traiter les risques qui en découlent
pour les projets souterrains.
277
est d’inciter tous les acteurs à prévoir à l’avance des moyens et procédures
adaptés pour faire face aux évènements géotechniques incertains, afin que
leur survenance impacte le moins possible le coût et le délai de réalisation
de l’ouvrage.
Pour contribuer à cet objectif, la recommandation du GT32 vise principalement
à:
• Préciser la terminologie en matière d’incertitudes et de risques liés au
sous-sol (objet du chapitre 2) ;
• Etablir une méthodologie pour l’étude des risques (chapitre 3) ;
• Situer la place de ces analyses de risques dans le déroulement des projets
selon les procédures françaises classiques, en particulier celles régies par
la loi MOP (Maîtrise d’Ouvrage Publique), depuis les études préliminaires
jusqu’à la préparation du DCE (chapitre 4) ;
• Faire des propositions en vue d’améliorer certaines pratiques et outils nécessaires comme l’analyse de la fiabilité des reconnaissances, la représentation
graphique des incertitudes sur les coupes géologiques, etc. (cf. annexes).
Ainsi, les annexes 1 à 7 associées au présent document regroupent un ensemble de préconisations portant sur des points particuliers non traités dans le
texte de la Recommandation avec le degré de détail requis. Ces préconisations
n’interfèrent pas avec la démarche générale exposée dans le corps du texte,
mais doivent être considérées comme des aides ou des outils utiles à sa mise
en application. Elles portent sur les points suivants :
1 - Correspondance de la Recommandation du GT32.R2F1 avec les textes
existants
2 - Qualité des données et fiabilité des interprétations
3 - Elaboration du modèle géologique et représentation graphique des
incertitudes
4 - Incertitudes et risques hydrogéologiques
5 - Incertitudes et risques liés aux paramètres géotechniques
6 - Récapitulation des sources de risque
7 - Méthodes de quantification des risques
2 - Terminologie-
2.1 - Vocabulaire adopté
Comme l’ont montré les premières discussions du groupe de travail, chaque
ingénieur a une acception particulière de termes tels que : incertitude, aléa,
risque, etc. ; chacun leur attribue un sens plus ou moins inspiré du langage
courant, tout en étant persuadé que cette acception est comprise par tous de
la même manière. Or c’est loin d’être le cas, d’où des malentendus permanents
en la matière.
Il a donc paru indispensable d'adopter un référentiel très strict et le plus partagé
possible. C'est pourquoi il a été convenu de se baser sur les définitions ISO,
largement reconnues au niveau international. Le texte de la présente
Recommandation utilise donc strictement le vocabulaire défini dans une norme
et un guide ISO :
• ISO 31000 : 2009(F) – « Management du risque - Principes et lignes
directrices » [10].
• ISO : Guide 73 : 2009 (E / F) – « Management du risque - Vocabulaire » [11].
Ci-dessous sont reprises, en italique gras, les définitions des principaux termes
empruntés aux documents ISO ; les notes mentionnées en italique maigre
appartiennent également à la norme ISO. Il s'agit d'extraits (sans modification,
ni commentaire) du texte français de la norme, qui a été également publiée
en anglais.
Risque : effet de l'incertitude sur l'atteinte des objectifs
→ Note 1 - Un effet est un écart, positif ou négatif, par rapport à une attente.
→ Note 5 2 - L'incertitude est l'état, même partiel, de défaut d'information
2
278
concernant la compréhension ou la connaissance d'un événement, de ses
conséquences ou de sa vraisemblance.
→ Note 2 - Les objectifs peuvent avoir différents aspects (par exemple buts
financiers, de santé et de sécurité, ou environnementaux) et peuvent concerner
différents niveaux (niveau stratégique, niveau d'un projet, d'un produit, d'un
processus ou d'un organisme tout entier).
→ Note 3 - Un risque est souvent caractérisé en référence à des évènements et
des conséquences potentiels ou à une combinaison des deux.
→ Note 4 - Un risque est souvent exprimé en termes de combinaison des conséquences d'un événement (incluant des changements de circonstances) et de
sa vraisemblance.
Source de risque : tout élément qui, seul ou combiné à d'autres, présente
un potentiel intrinsèque d'engendrer un risque.
Appréciation du risque : ensemble du processus d'identification du risque
et d'évaluation du risque.
Identification des risques : processus de recherche, de reconnaissance et
de description des risques.
→ Note 1 - L'identification des risques comprend l'identification des sources
de risques, des évènements, de leurs causes et de leurs conséquences
potentielles.
→ Note 2 - L'identification des risques peut faire appel à des données
historiques, des analyses théoriques, des avis d'experts et autres
personnes compétentes et tenir compte des besoins des parties
prenantes.
Les numéros de notes figurant dans la norme ISO ont été conservés, même s’il est apparu plus logique d'en modifier l'ordre de présentation.
Analyse du risque : processus mis en œuvre pour comprendre la nature
d'un risque et pour déterminer le niveau de risque.
→ Note 1 - L'analyse du risque fournit la base de l'évaluation du risque et les
décisions relatives au traitement du risque.
Niveau de risque : importance d'un risque ou d'une agrégation de risques
exprimée en termes de combinaison des conséquences et de leur
vraisemblance.
Conséquence : effet d'un événement affectant les objectifs.
→ Note 1 - Un événement peut engendrer une série de conséquences.
→ Note 2 - Une conséquence peut être certaine ou incertaine et peut avoir des
effets positifs ou négatifs sur l'atteinte des objectifs.
→ Note 3 - Les conséquences peuvent être exprimées de façon qualitative ou
quantitative.
→ Note 4 - Des conséquences initiales peuvent déclencher des réactions en
chaîne.
Vraisemblance : probabilité que quelque chose se produise.
→ Note 1 - Dans la terminologie du management du risque, le mot
« vraisemblance » est utilisé pour indiquer la possibilité que quelque chose
se produise, que cette possibilité soit définie, mesurée ou déterminée de
façon objective ou subjective, qualitative ou quantitative, et qu'elle soit
décrite au moyen de termes généraux ou mathématiques (telle une
probabilité ou une fréquence sur une période donnée).
→ Note 2 - Le terme anglais « likelihood » (vraisemblance) n'a pas d'équivalent
direct dans certaines langues et c'est souvent l'équivalent du terme
« probability » (probabilité) qui est utilisé à la place. En anglais cependant
le terme « probability » (probabilité) est souvent limité à son interprétation
mathématique. Par conséquent, dans la terminologie du management
du risque, le terme vraisemblance est utilisé avec l'intention qu'il fasse
l'objet d'une interprétation aussi large que celle dont bénéficie le terme
« probability » (probabilité) dans de nombreuses langues autres que
l'anglais.
Évaluation du risque : processus de comparaison des résultats de l'analyse
du risque avec les critères de risque afin de déterminer si le risque et/ou
son importance sont acceptables ou tolérables.
→ Note 1 - L'évaluation du risque aide à la prise de décision relative au traitement
du risque.
Critères de risque : termes de référence vis à vis desquels l'importance du
risque est évaluée.
→ Note 1 - Les critères de risques sont fondés sur des objectifs de l'organisme
ainsi que sur le contexte externe et interne.
→ Note 2 - Les critères de risques peuvent être issus de normes, de lois,
de politiques, et d'autres exigences.
Traitement du risque : processus destiné à modifier un risque.
→ Note 1 - Le traitement du risque peut inclure :
- un refus du risque en décidant de ne pas démarrer ou poursuivre l'activité
porteuse du risque ;
- l'élimination de la source du risque ;
- une modification de la vraisemblance ;
- une modification des conséquences ;
- un partage du risque avec une ou plusieurs autres parties (incluant des
contrats et un financement du risque) ;
- un maintien du risque fondé sur un choix argumenté.
→ Note 2 - Les traitements du risque portant sur les conséquences négatives
sont parfois appelées « atténuation du risque », « élimination du risque »,
« prévention du risque » et « réduction du risque ».
Risque résiduel : risque subsistant après le traitement du risque.
→ Note 1 : Un risque résiduel peut également être appelé « risque pris ».
2.2 - Commentaires
2.2.1 - Exemple de risque : cas d’un tunnelier en roche dure
Les définitions listées au § 2.1 ci-avant, strictement extraites de la norme
ISO 31000, ne sont pas très intuitives et nécessitent une certaine pratique
pour devenir familières. Pour aider à l'appropriation de ces termes, un exemple
(simplifié) de risque illustrant l'emploi des principaux termes est présenté
ci-après.
Soit un projet de tunnel à réaliser au moyen d'un tunnelier dans une seule
unité géologique constituée d'une roche dure très peu fracturée. La conception
du tunnelier repose, pour partie, sur la valeur de la résistance à la compression
simple de la matrice rocheuse ; celle-ci est déterminée à partir d'essais
de laboratoire effectués sur des échantillons prélevés dans des sondages
carottés.
La source du risque est une sous-estimation de la valeur de la résistance à
la compression simple.
L'évènement redouté est l'occurrence d'une ou plusieurs zones de terrain où
l'abattage se révèlerait beaucoup plus difficile qu'attendu, en raison d’une
valeur de résistance en compression simple sensiblement plus élevée que
prévu.
Les conséquences de cet évènement par rapport aux attentes sont principalement :
➨ la chute de la cadence d'avancement,
➨ une usure et donc une consommation d'outils plus importantes,
➨ un allongement du délai de réalisation,
➨ un surcoût induit par la surconsommation d'outils et l'allongement du délai.
Ces conséquences sont d'autant plus importantes que les zones présentant
M
Événement : occurrence ou changement d'un ensemble particulier de
circonstances.
→ Note 1 - Un événement peut être unique ou se reproduire et peut avoir
plusieurs causes.
→ Note 2 - Un événement peut consister en quelque chose qui ne se produit pas.
→ Note 3 - Un événement peut parfois être qualifié « d'incident » ou « d'accident ».
279
une valeur de résistance à la compression simple plus élevée sont longues et
nombreuses et que l'écart entre les valeurs réelles et la valeur de projet est
grand.
La vraisemblance du risque (probabilité pour que une ou plusieurs zones
présentent une valeur de résistance à la compression simple plus élevée que
la valeur retenue pour le projet) dépend de plusieurs facteurs :
➨ le nombre et la répartition des sondages carottés le long du projet,
➨ le nombre d'essais effectués (population statistique),
➨ l'homogénéité du matériau constituant l'unité géologique,
➨ la dispersion des valeurs mesurées.
La vraisemblance est d'autant plus faible que :
➨ le matériau constituant l'unité géologique concernée présente une grande
homogénéité,
➨ les sondages sont nombreux et répartis de manière adéquate sur toute
la longueur du projet,
➨ le nombre d'essais est élevé et qu’ils sont bien répartis sur tous les
sondages,
➨ la distribution statistique des valeurs mesurées présente une forte
homogénéité (courbe de Gauss très serrée).
Traitement du risque
Lors des phases d'études préliminaires, le niveau de risque est important parce
que le contexte géologique n'est que sommairement connu et l'incertitude est
très élevée. A ce stade les mesures de traitement consistent en une première
campagne de reconnaissance visant à élaborer un modèle géologique
sommaire.
Lors des phases d'études suivantes et jusqu'à la mise au point du projet, le
traitement vise à réduire la vraisemblance du risque en multipliant les sondages
et les mesures de résistance.
Lors de l'élaboration du contrat de travaux, le traitement du risque consiste
par exemple en :
➨ un choix prudent de la fourchette des valeurs de projet pour la résistance
à la compression simple : valeur maximale mesurée, moyenne majorée
d'un ou deux écarts types, etc. ;
➨ une conception également prudente du tunnelier, qui prendrait en compte
une marge supplémentaire par rapport à la valeur maximale de la résistance
à la compression simple ;
➨ éventuellement, l'abandon du creusement au tunnelier.
2.2.2 - A propos du terme « Incertitude »
Dans les documents ISO, l'incertitude est définie comme étant « … l'état,
même partiel, de défaut d'information concernant la compréhension ou la
connaissance d'un événement, de ses conséquences ou de sa vraisemblance. » (cf. § 2.1. Définition du Risque, Note 5). Dans la suite de la présente
Recommandation, le terme « incertitudes» (au pluriel) est utilisé selon une
acception correspondant plutôt au résultat de l'incertitude définie ci-avant,
c'est à dire pour désigner des évènements dont les occurrences (nombre et
localisation) et/ou les conditions géotechniques associées sont affectées par
cet état d'incertitude.
280
2.2.3 - Comparaison avec d’autres documents
traitant du risque
L'annexe 1 présente une comparaison des termes utilisés dans plusieurs
documents traitant de la prise en compte des risques : la précédente Recommandation du GT 32-1, le document AFNOR NF X 50-117, le « Code of Practice »
de l'ITIG, le manuel RFF pour la maîtrise des risques et les Guidelines ITA/AITES
(2004) [7].
Les tableaux d'équivalence présentés dans cette annexe révèlent une assez
bonne cohérence entre les divers documents ; cependant, il apparaît que
certains termes importants sont parfois utilisés dans des acceptions différentes, ce qui rend nécessaire l'adoption d'une référence unique, d'où le choix
fait dans la présente Recommandation de s'en tenir strictement à la terminologie de l'ISO 31000 [Ref. 10 et 11].
En complément, le GT32.R2F1 propose que l'utilisation du terme « gravité »,
qui n'appartient pas au vocabulaire proposé par l'ISO 31000, soit néanmoins
admise pour qualifier l'ampleur des conséquences.
2.2.4 - Recommandation du GT32-1
Du point de vue de la forme, la précédente recommandation du GT32-1
nécessitera d'être corrigée pour être mise en conformité avec la terminologie
retenue ici (cf. Annexe 1, § 1).
Fortes venues d'eau en galerie
(aménagement hydroélectrique du Pont-Ventoux).
3 - Méthodologie du management des risquesAvertissement
La méthodologie du management des risques définie ci-après se superpose au
processus d’étude de l’ouvrage souterrain considéré, pour constituer une démarche
unique de conception intégrant totalement la problématique des risques.
Il convient de souligner que la démarche de Management des Risques
proposée ici est applicable à toutes les étapes d'un projet, et qu'il s'agit d'un
processus itératif à conduire tout au long du déroulement des études.
Pour conduire une telle démarche de conception, qui intègre bien l'ensemble
des enjeux (géométrie, géotechnique, méthodes de construction, coût, délai,
planification et contractualisation, etc.), il faut :
➨ que le « concepteur » en charge des études de conception soit constitué d'une équipe pluridisciplinaire
maîtrisant toutes les compétences nécessaires ;
➨ que les études soient menées de manière globale,
concomitante et interactive, sans sectorisation des
missions ;
➨ que soit appliqué un processus itératif jusqu'à
aboutissement des études de conception.
Le concepteur doit avoir toujours présent à l’esprit que
le massif environnant dans lequel est creusé l’ouvrage
est une partie de l’ouvrage lui-même, au même titre
que les éléments structuraux d’apport amenés au cours
de la construction de l’ouvrage (soutènements, revêtements, etc). De ce fait, pour une géométrie fonctionnelle
donnée (section d’intrados d’un profil type par exemple),
le choix de la méthode de construction et le dimensionnement de l’ouvrage sont directement et étroitement
liés aux caractéristiques géotechniques du massif qui
seront rencontrées tout au long du projet.
Figure 1 - Logigramme de synthèse de méthodologie de management du risque.
M
L’inadaptation éventuelle des méthodes de construction
vis-à-vis des conditions géotechniques effectivement
rencontrées peut avoir des conséquences extrêmement
pénalisantes. C’est la raison essentielle pour laquelle,
lors des études d’un projet de tunnel, la partie génie
civil ne peut et ne doit jamais être dissociée de la partie géotechnique : les deux sont nécessairement
étroitement imbriquées, et ceci dès les études préliminaires.
La méthodologie de management des risques géotechniques que l’AFTES recommande d’appliquer aux études
comporte trois grandes phases :
• L’établissement d’un Bilan des connaissances géologiques, hydrogéologiques et géotechniques (§ 3.1) ;
• L’Appréciation des risques géotechniques à partir
de la synthèse des données ; cette phase comporte
elle-même trois étapes : identification, analyse et évaluation des risques (§ 3.2) ;
• Le Traitement des risques géotechniques (§ 3.3).
L’ensemble de ces opérations est schématisé sur le
logigramme ci-contre (fig. 1).
281
3.1 - Bilan des connaissances et
des incertitudes géotechniques
Le bilan des connaissances et des incertitudes géologiques, hydrogéologiques
et géotechniques peut être assimilé à la phase de « Présentation des données
géotechniques dans le Mémoire de Synthèse», telle que décrite dans la
première recommandation du GT32-1 de l’AFTES [2] ; cette phase comporte
elle-même quatre étapes :
• Présentation des données brutes disponibles ;
• Appréciation de leur fiabilité ;
• Synthèse et interprétation ;
• Récapitulation (« registre ») des incertitudes et notamment des lacunes de
connaissance.
3.1.1 - Présentation des données brutes disponibles
Au cours de cette première étape, il faut procéder à un recensement aussi
exhaustif que possible de toutes les données documentaires, qu'elles soient
d'ordre géologique, hydrogéologique et géotechnique, ou qu'elles concernent
des chantiers effectués dans des terrains similaires ; s'y ajoutent bien sûr les
résultats des investigations spécifiques conduites dans le cadre du projet.
Il faut indiquer clairement la nature et la quantité de données disponibles, leur
distribution, leur provenance et leur date d’acquisition. Par exemple, la carte
des affleurements ainsi que la carte géologique, établies selon les recommandations décrites dans l'annexe 3, font partie intégrante des données brutes à
prendre en compte.
Pour ce qui concerne les paramètres géotechniques, et en référence à la
Recommandation du GT1 de l'AFTES relative à la caractérisation des massifs
rocheux, ces données brutes sont en fait les valeurs significatives issues
des reconnaissances (par valeurs significatives, on entend les valeurs
mesurées par les essais, dont ont été écartées, après justification, les valeurs
non représentatives).
Le mode de rendu de ces données est important. On privilégiera une présentation sous forme de tableaux et d'histogrammes de valeurs regroupant par
exemple les données qui concernent des terrains ou des faciès identiques.
D'une manière générale, le nombre total des mesures pour chaque sorte de
paramètres doit toujours être mentionné. En sus de la synthèse, la totalité des
données brutes doit pouvoir être mise à disposition des intervenants sur le
projet, y compris les valeurs classées comme non représentatives.
3.1.2 - Fiabilité des données
La deuxième étape consiste à faire une évaluation critique de la qualité des
différents types de données disponibles : images de télédétection, observations
de terrain, forages, investigations géophysiques, essais en laboratoire et
in situ, ouvrages de reconnaissance (puits ou galeries), retours d'expérience
d'ouvrages avoisinants, etc. Cette étape est fortement recommandée afin
de bien définir la contribution de ces données à l’élaboration du modèle
géologique, hydrogéologique et géotechnique. Il convient également d'évaluer
282
l'importance des lacunes de connaissance, c'est à dire de « ce qu'on ne
connaît pas ».
Cette évaluation peut être qualitative, semi-quantitative ou quantitative ; parmi
les facteurs à prendre en compte pour évaluer la fiabilité, on peut citer la complexité du contexte géologique local, la nature des reconnaissances ainsi que
leur répartition et "densité" spatiale (cf. annexe 2). C’est à cette étape que l’on
peut choisir de ne pas retenir certaines données, choix qui doit être dûment
justifié, à l’exemple d’un dossier type GBR (Geotechnical Baseline Report).
3.1.3 - Synthèse et interprétation
La 3 ème étape consiste, sur la base des connaissances disponibles à ce stade,
à établir un modèle géologique, hydrogéologique et géotechnique qui restitue
l’idée que se fait le concepteur du contexte géologique et des conditions de
réalisation attendues. Ce modèle est destiné à se préciser et s'enrichir au fur
et à mesure du développement des reconnaissances. La présentation de ce
modèle comporte l’établissement de deux types de documents :
• un rapport, où sont exposées les hypothèses que le concepteur considère
comme les plus vraisemblables à l'issue de son analyse de toutes les
données. Ce rapport doit comporter des chapitres détaillés et distincts sur
la Géologie, l’Hydrogéologie et la Géotechnique ;
• des documents graphiques : modèles géologique et hydrogéologique et
surtout profil en long géotechnique prévisionnel, le tout complété par des
coupes transversales autant que nécessaires et, le cas échéant, par une
coupe horizontale au niveau du projet.
C'est dans ces documents que les incertitudes d'interprétation sont signalées,
notamment sur les éléments graphiques (cf. annexe 3). Le profil en long
géotechnique prévisionnel présente, conformément à la Recommandation du
GT1 de l'AFTES, un découpage de l'ouvrage en tronçons ou sous-ensembles
géotechniques réputés homogènes sur toute leur longueur du point de vue
des diverses applications au projet : conception, dimensionnement, méthodes
de construction, etc. Ce profil en long comporte également des informations
concernant la variabilité des paramètres au sein de chaque sous-ensemble,
telles que :
• la dispersion des paramètres, afin de permettre la mise au point des
méthodes (excavation, marinage, soutènement, etc.) ;
• les valeurs caractéristiques (au sens du GT1) retenues pour les différentes
grandeurs géotechniques. Ces valeurs peuvent être différentes selon la problématique considérée (abattage, soutènement, convergence, tassements,
etc.) ;
• les fourchettes de variation des principaux paramètres.
Dans les cas où les incertitudes géologiques peuvent conduire à des
modèles géologiques significativement différents entre eux, il est recommandé de proposer, au droit des zones incertaines, deux profils en long
géotechniques prévisionnels correspondant aux deux hypothèses les plus
contrastées, la situation réelle pouvant se situer entre les deux. L'étude des
risques sera effectuée en parallèle sur les deux profils en long. Si nécessaire, le ou les profil(s) prévisionnel(s) peuvent être complété(s) par des
schémas explicatifs jugés utiles pour la bonne compréhension du contexte
géologique.
3.1.4 - Registre des incertitudes géotechniques
La 4 ème étape consiste à récapituler les incertitudes décelées à l'issue de
l'opération précédente et à les regrouper dans un « Registre des incertitudes » 3.
A titre d'illustration, la liste (non exhaustive) ci-dessous présente les principales
incertitudes susceptibles de figurer dans ce registre :
⇒ incertitudes correspondant aux lacunes de connaissance géologiques,
hydrogéologiques et géotechniques : elles concernent les zones où le
niveau de connaissance est insuffisant pour proposer un modèle fiable ;
⇒ incertitudes portant sur la localisation d'évènements certains, par exemple
des contacts entre formations géologiques ou entre faciès différents
au sein d'une même formation, zones singulières telles que failles,
chevauchement, zones de cisaillement, etc. ;
⇒ incertitudes portant sur les conditions géotechniques (extension, nature et
caractéristiques des matériaux constitutifs, hydrogéologie, etc.) associées
à des évènements certains et éventuellement sur leur localisation (par
exemple des zones singulières bien identifiées par ailleurs : failles, etc.) ;
⇒ incertitudes sur l'occurrence d'évènements incertains (possibles ou probables) bien identifiés, mais dont le nombre, la localisation ou les conditions
géotechniques associées ne sont pas connues, par exemple : des zones
singulières (failles, etc.), des zones à fortes irruptions d'eau, des karsts ou
des filons de quartz, etc. ;
⇒ incertitudes résultant de la dispersion (variabilité) naturelle des propriétés
du terrain.
Ce Registre des incertitudes se limite à un recensement des incertitudes décelées, sans en analyser les conséquences. Il doit porter sur l'ensemble de la
Zone d'Influence Géotechnique (ZIG) qui est spécifique à chaque site et à
chaque ouvrage projeté. Cette zone, définie dans la NF P 94-500 [8], correspond au volume de terrain au sein duquel il y a interaction entre l'ouvrage (du
fait de sa réalisation ou de son exploitation) et l'environnement (sol, nappe
phréatique, ouvrages et bâtiments environnants, etc.). L'étendue de la ZIG
dépend des conditions géotechniques, du diamètre de l'excavation, de la
profondeur mais aussi des méthodes envisagées pour la réalisation. Cette
étendue n'est donc pas intrinsèque au site et est susceptible de varier en
fonction des différentes options envisagées pour la réalisation ; elle doit donc
être constamment actualisée.
A l'achèvement de cette première phase de « Bilan des connaissances et des
incertitudes géotechniques », les éléments élaborés lors des quatre étapes
décrites ci-dessus sont rassemblés dans un seul et même document comportant à la fois un rapport et des pièces graphiques, sans oublier le Registre des
incertitudes. Lors de l'établissement du contrat de travaux, ce document unique
constitue le Mémoire de Synthèse Géologique, Hydrogéologique et Géotechnique (tel que le définissait le fascicule 69 du CCTG), ou Mémoire de Synthèse
Géotechnique (MSG) au sens du GT32.R2F1 de l’AFTES [2].
3.2 - Appréciation des risques géotechniques
Pour chacun des risques considérés, la phase d'appréciation du risque (au
3.2.1 - Identification du risque
Extraits de la norme ISO 31000 : 2009 (§ 5.4.2 de la norme : Identification
du risque) :
« ...Cette étape a pour objectif de dresser une liste exhaustive des risques
basée sur les évènements susceptibles de provoquer, de stimuler,
d'empêcher, de gêner, d'accélérer ou de retarder l'atteinte des objectifs… Il convient que l'identification du risque comporte l'examen des
réactions en chaîne des conséquences particulières, y compris les effets
en cascade et cumulatifs. Il convient également d'examiner un large
éventail de conséquences, même si la source ou la cause du risque
peut ne pas être évidente. Tout en identifiant ce qui peut se produire, il
est nécessaire d'examiner les causes possibles et les scénarios des
conséquences éventuelles. Il convient d'étudier toutes les causes et
conséquences significatives.
Il convient que l'organisme utilise des outils et techniques d'identification
des risques adaptés à ses objectifs et ses aptitudes, et aux risques
auxquels il est exposé. Il est essentiel que les informations utilisées pour
l'identification des risques soient pertinentes et à jour. Il convient autant
que possible qu'elles soient accompagnées d'une documentation
appropriée. Il convient que les personnes ayant les connaissances
appropriées participent à l'identification des risques. »
L'identification des risques nécessite donc l'analyse des incertitudes vis-à-vis
de leurs effets sur les résultats attendus. A priori toutes les incertitudes constituent des sources de risques, mais il arrive que certaines soient quasiment
sans effet. On peut citer comme exemple l'incertitude portant sur la localisation
du contact entre deux formations géologiquement distinctes mais géotechniquement semblables, contact qui n'appellera donc aucune modification des
dispositions constructives ; la position du contact, bien qu'incertaine, n'aura
aucune incidence sur l'atteinte des objectifs.
Ainsi, seules peuvent être identifiées comme des risques les incertitudes dont
les écarts induits par rapport aux modèles géologique ou hydrogéologique (ou
au profil en long géotechnique prévisionnel) sont suffisamment significatifs
pour engendrer des conséquences notables. Ces écarts peuvent être soit des
opportunités si ces changements de circonstances sont favorables pour le
projet, soit des risques (au sens courant du terme) si ces changements sont
néfastes pour le projet.
L'étape d'Identification des risques consiste donc à rechercher, parmi les
incertitudes recensées, celles qui sont susceptibles de conduire à l'occurrence
d'évènements dont les conséquences constitueraient des changements
de circonstances par rapport à celles prises en compte dans les modèles
géologique/hydrogéologique et dans le profil en long géotechnique retenus.
Dans bon nombre d'études de risques, le Registre des incertitudes géotechniques est souvent dénommé à tort « Registre des risques ».
M
3
sens de l’ISO et du présent document) comporte trois étapes distinctes :
• l'identification du risque,
• l'analyse du risque (au sens strict du terme),
• l'évaluation du risque.
283
Pour chacune des incertitudes retenues, il peut être imaginé plusieurs
scénarios comme par exemple :
➨ pour un évènement donné, un nombre d'occurrences variable, des localisations différentes ou encore des conséquences plus ou moins graves ;
➨ pour une « méconnaissance géologique », diverses hypothèses de
configuration du contexte géologique.
Pour aider à l'identification des risques, il est très utile de procéder à une
recherche bibliographique sur les retours d'expérience d'ouvrages souterrains
construits à proximité immédiate et/ou dans des conditions géotechniques et
environnementales similaires. La recherche et l'analyse des retours
d'expérience sont effectuées au fur et à mesure que les reconnaissances
fournissent une description détaillée du modèle géologique et du profil en long
géotechnique prévisionnels. Une telle démarche est très profitable pour mieux
identifier les risques, juger de la pertinence des méthodes à mettre en œuvre
et orienter les reconnaissances à effectuer.
3.2.2 - Analyse du risque
Extraits de la norme ISO 31000: Novembre 2009 (§ 5.4.3 de la norme :
« Analyse du risque ») :
« …L'analyse du risque fournit des données pour évaluer les risques et
prendre la décision de les traiter ou non, et permet de choisir les stratégies
et méthodes de traitement les plus appropriées. L'analyse du risque peut
aussi contribuer à la prise de décisions quand il faut effectuer des choix et
que les options impliquent différents types et niveaux de risque.
L'analyse du risque implique la prise en compte des causes et sources de
risque, de leurs conséquences positives et négatives, et de la vraisemblance
que ces conséquences surviennent. Il convient d'identifier les facteurs affectant les conséquences et leur vraisemblance, ainsi que d'autres attributs du
risque. Un événement peut avoir des conséquences multiples et affecter
des objectifs multiples. Il convient de prendre en compte les moyens de
maîtrise des risques existants, leur efficacité et leur performance.
Il convient que la façon dont les conséquences et leur vraisemblance
sont exprimées ainsi que la manière dont elles sont combinées afin de déterminer le niveau de risque, correspondent au type de risque, aux informations
disponibles et à l'objectif de l'appréciation du risque. Il convient de veiller à
la cohérence avec les critères de risque. Il est également important de tenir
compte de l'interdépendance des différents risques et de leurs sources.
Il convient que le degré de confiance dans la détermination du niveau de
risque et de sa sensibilité à des conditions préalables et à des hypothèses
soit pris en compte dans l'analyse et communiqué effectivement aux décideurs et, si nécessaire, aux autres parties prenantes. Il convient que les facteurs, comme une divergence d'opinions entre experts, une incertitude, la
disponibilité, la qualité, la quantité et la validité de la pertinence des informations ou les limites des modélisations soient mentionnés, voire soulignés.
L'analyse du risque peut être menée à différents niveaux de détail en fonction du risque, de la finalité de l'analyse et des informations, des données
et des sources disponibles. L'analyse peut être qualitative, semi-quantitative, quantitative, ou une combinaison des trois, selon les circonstances... »
L'étape Analyse du risque comporte donc trois opérations :
• la quantification des conséquences associées à un événement identifié
comme un risque ;
• la quantification de la vraisemblance de cet événement et/ou de ses
conséquences ;
• la détermination du niveau de risque (importance du risque) par combinaison
des conséquences et de la vraisemblance.
3.2.2.1 - Quantification des conséquences associées
à un évènement
Pour procéder à l'appréciation des risques, le concepteur doit, pour chaque
événement identifié, imaginer un ou plusieurs scénarios décrivant les circonstances engendrées par l'occurrence de l'évènement. Cette description des
circonstances doit être suffisamment détaillée pour permettre d'en évaluer
correctement toutes les conséquences. Les conséquences d'un même
événement peuvent affecter plusieurs objectifs et chacun de ces objectifs de
manière différente. Il convient donc, pour chaque événement, de procéder à
une analyse de ses conséquences sur chacun des objectifs visés.
Selon les cas, les objectifs peuvent être multiples 4 : coût, délai, environnement,
sécurité, performance, juridique, image, etc. En pratique et pour les seuls
risques géotechniques, il apparaît que les objectifs généraux les plus pertinents
demeurent la sécurité du chantier, le coût, le délai, la performance et
l'environnement. Le plus souvent, la conséquence est estimée comme étant
le surcoût et/ou l'allongement des délais induits par les actions constructives
nécessaires pour traiter l'évènement rencontré.
Des exemples de méthodes de quantification des conséquences sont donnés
en annexe 7.
3.2.2.2 - Quantification de la vraisemblance d'un évènement
L'étape suivante consiste à déterminer la « vraisemblance » de l'évènement
identifié et/ou de ses conséquences. La vraisemblance peut concerner soit
l'évènement et ses conséquences, soit seulement ses conséquences :
⇒ Dans le premier cas, il s'agit par exemple d'un événement identifié comme
possible avec, en cas d'occurrence, des conséquences pouvant être
diverses. Il convient alors d'envisager plusieurs hypothèses d'occurrence
se différenciant par la gravité des conséquences ;
⇒ Dans le second cas, l'évènement est certain mais ses conséquences indéterminées. Ce peut être le cas d'une faille dont l'occurrence est certaine
mais dont la localisation et/ou la gravité sont mal connues.
La vraisemblance de l'évènement lui-même est fonction de plusieurs facteurs
qui caractérisent le niveau de connaissance et qu'il appartient au concepteur
d'analyser :
➨ le volume des reconnaissances effectuées, leur pertinence (adéquation des
reconnaissances au contexte étudié) et leur qualité d’exécution ;
➨ la proximité géographique des reconnaissances par rapport à l'ouvrage ;
➨ la complexité du contexte géologique.
4 Dans le document « Guidelines for tunneling risk management » établi par le WG2 de l'AITES, il est proposé sept catégories de conséquences (cf. § 7.3.2) distinguées suivant le domaine concerné.
De son côté, RFF retient quatre classes de conséquences (coût, délai, performance et « autre »).
284
Au final, la valeur de la vraisemblance dépend essentiellement de la qualité
du modèle géologique et de sa capacité à bien représenter la réalité ou s’en
approcher au mieux.
Le tableau ci-après donne pour la vraisemblance une détermination soit
qualitative soit quantitative sous forme d'une probabilité.
Note
pour la
matrice
Échelle
de vraisemblance
Probabilité indicative,
à moduler en fonction
du projet étudié
4
Possible
1/5 = 20 %
3
Peu probable
1/20 = 5 %
2
Très peu probable
1/50 = 2 %
1
Improbable
1/200 = 0,5 %
Plusieurs approches pouvant être utilisées pour déterminer la valeur de la
vraisemblance sont décrites en annexe 2.
3.2.2.3 - Détermination du niveau de risque (importance du risque)
Le « niveau de risque » (NR) qualifie l'importance du risque et s'exprime le
plus souvent par la combinaison de la vraisemblance avec la conséquence,
évaluées l'une et l'autre par le concepteur.
La combinaison de la vraisemblance et des conséquences peut être soit
« qualitative, semi-quantitative, quantitative, ou une combinaison des trois, selon
les circonstances ».
Le niveau de risque peut être déterminé soit objectif par objectif, soit pour un
ensemble d'objectifs, c'est à dire en faisant la somme des impacts des conséquences sur les différents objectifs. Le niveau de risque est très fréquemment
présenté sous la forme d'une matrice des risques à deux entrées (conséquence et vraisemblance), comme indiqué au § 3.2.3c. ci-après.
b) Rôle du concepteur et du maître d’ouvrage
C'est au maître d'ouvrage qu'il appartient de fixer les valeurs des critères à
retenir pour évaluer l’acceptabilité du risque. Ces critères et les valeurs seuils
retenues peuvent être différents selon les objectifs attendus. Ce peut être par
exemple :
➨un coût maximal (ou ayant une très faible probabilité d’être dépassé),
exprimé en valeur absolue ou en pourcentage du montant total de l'estimation ;
➨ un délai maximal (ou ayant une très faible probabilité d’être dépassé),
exprimé soit en valeur absolue, soit en pourcentage du délai global, soit
encore par une date butoir telle la date de mise en exploitation de l’ouvrage ;
➨ une atteinte à l'image du projet jugée inacceptable (impacts environnementaux inacceptables par exemple).
Le critère peut également, pour un même risque, porter sur une agrégation
des conséquences propres à chacun des objectifs attendus.
Le concepteur procède alors à l'évaluation du risque en comparant le niveau
de risque qu'il a estimé (par la combinaison de la vraisemblance et de la
conséquence) aux critères de risque formulés par le maître d'ouvrage. Pour
chacun des risques, le maître d'ouvrage peut adopter deux attitudes :
1) Refuser le risque et demander au concepteur :
⇒ soit de reprendre l'élaboration du projet en s'affranchissant totalement de
la source du risque (en modifiant le tracé en plan et/ou le profil en long,
par exemple) ;
⇒ soit de procéder à un complément de reconnaissance, destiné à préciser
les valeurs de la vraisemblance et de la conséquence afin d'approfondir la
détermination du niveau de risque.
2) Accepter le risque, avec ou sans traitement :
⇒ dans le premier cas, le maître d'ouvrage demande au concepteur de traiter
le risque pour en réduire l'impact ;
⇒ dans le deuxième cas, le maître d'ouvrage décide de « prendre le
risque » lui-même, en intégrant la possibilité d'une majoration des coûts
et délais de réalisation estimés par le concepteur.
3.2.3 - Évaluation du risque
« Sur la base des résultats de l'analyse du risque, le but de l'évaluation
du risque est d'aider les décideurs à déterminer les risques nécessitant
un traitement et la priorité dans la mise en œuvre des traitements.
L'évaluation du risque consiste à comparer le niveau de risque déterminé
au cours du processus d'analyse aux critères de risque établis lors de
l'établissement du contexte. Sur la base de cette comparaison, il est possible d'étudier la nécessité d'un traitement.
Dans certains cas, l'évaluation du risque peut déboucher sur la décision
d'entreprendre une analyse plus approfondie... »
c) La matrice des risques
Pour aider à la décision du maître d'ouvrage, la présentation de l'évaluation
des risques par le concepteur peut se faire sous la forme d'une « matrice
des risques », fixant les critères d'acceptabilité en fonction du niveau de
risque (NR). La matrice des risques présentée ci-après n’est qu’un exemple
d’illustration possible de l’évaluation des risques : dans cet exemple, les
quatre niveaux de risque (associés chacun à une couleur pour améliorer
l’appréciation visuelle) sont définis en fonction du produit de la vraisemblance et de la conséquence.
La matrice des risques est propre à chaque projet et à chaque maître
d’ouvrage, son utilité étant vraiment une aide à la décision. Il est toutefois
recommandé que les classes de vraisemblance et les classes de conséquences soient en nombre pair afin d’éviter un positionnement central.
M
a) Textes de référence
Extraits de la norme ISO 31000 (cf. § 5.4.3 de la norme : Évaluation du
risque) :
285
Vraisemblance
Matrice des risques
Possible
4
8
12
16
Peu probable
3
6
9
12
Très peu probable
2
4
6
8
Improbable
1
2
3
4
Faibles
Moyennes
Fortes
Très fortes
Tableau 1 - Exemple de matrice des risques à deux
entrées (vraisemblance et conséquence) et 4 niveaux de
risque. Les coefficients ne sont donnés qu’à titre indicatif
et doivent être adaptés en fonction de chaque projet.
Conséquences
Une légende des couleurs correspondant aux différents niveaux de risque est présentée ci-dessous :
Indice NR
(Niveau de risque)
Qualification indicative du niveau de risque à adapter en fonction de chaque projet
Risque négligeable / Mineur
Aucune action requise, les facteurs de risque doivent faire l’objet d’un suivi spécifique par le biais
de procédures adaptées.
2 < NR < 5
Risque significatif (mais a priori acceptable)
La construction peut débuter, les facteurs de risque doivent faire l’objet d’un suivi spécifique par le biais de
procédures adaptées et le projet doit éventuellement être complété par une série de mesures prédéfinies
pouvant faire l’objet d’adaptations durant la phase d’exécution.
5 < NR < 10
Risque important (à surveiller)
La construction ne peut pas débuter avant que le risque soit réduit ou annulé. Des solutions sont possibles
sans changement important du projet.
Risque inacceptable
La construction ne peut pas débuter avant que le risque soit réduit ou annulé. Si le risque ne peut être maîtrisé,
il est possible que le projet soit abandonné ou modifié.
NR < 2
NR > 10
Tableau 2 - Exemple de définition et qualification indicative des niveaux de risque (à adapter en fonction de chaque projet).
Il faut souligner que la superposition de risques jugés chacun acceptables peut
aboutir à un niveau de risque jugé globalement inacceptable.
Il faut également rappeler que la matrice n’étant qu’un élément d’aide à la
décision, chaque cas doit ensuite être réévalué pour confirmation ou non de
la classification du Niveau de Risque ainsi obtenue.
3.3 - Traitement du risque
3.3.1 - Texte de référence
Extraits de la norme ISO 31000 : Novembre 2009 (§ 5.5 de la norme :
Traitement du risque) :
§ 5.5.1 - Généralités - : « Le traitement du risque implique le choix et la
mise en œuvre d'une ou de plusieurs options de modification des risques.
Une fois mis en œuvre, les traitements engendrent ou modifient les moyens
de maîtrise du risque.
Le traitement du risque implique un processus itératif :
- évaluer un traitement de risque ;
- décider si les niveaux de risques résiduels sont tolérables ;
- s'ils ne sont pas tolérables, générer un nouveau traitement de risque ;
- et apprécier l'efficacité de ce traitement.
Les options de traitement du risque ne s'excluent pas nécessairement les
unes les autres, ni ne sont appropriées à toutes les circonstances. Ces
options peuvent inclure :
- un refus du risque marqué par la décision de ne pas commencer ou poursuivre l'activité porteuse du risque,
- la prise ou l'augmentation d'un risque afin de poursuivre une opportunité,
- l'élimination de la source de risque,
286
- une modification de sa vraisemblance,
- une modification des conséquences,
- un partage du risque avec une autre partie (y compris les contrats et le
financement du risque),
- et un maintien du risque fondé sur un choix argumenté ».
§ 5.5.2 - Sélection des options de traitement du risque : « La sélection de
l'option de traitement du risque la plus appropriée implique de comparer
les coûts et les efforts de mise en œuvre par rapport aux avantages obtenus,
compte tenu des obligations légales, réglementaires et autres exigences
comme la responsabilité sociale et la protection de l'environnement naturel.
Il convient que les décisions tiennent aussi compte des risques dont le
traitement n'est pas justifiable au plan économique, par exemple certains
risques graves (conséquences hautement négatives) mais rares (faible
vraisemblance)... ».
3.3.2 - Actions de traitement
Le traitement du risque vise donc à en réduire l'importance, voire à le
supprimer totalement. Les actions possibles peuvent être :
➨ l'élimination de la source du risque, moyennant par exemple une reconnaissance spécifique permettant de supprimer l'incertitude au droit du site ;
➨ la modification de la vraisemblance, moyennant également des reconnaissances complémentaires permettant de préciser le modèle géologique ;
➨ la réduction des conséquences d'un évènement sur les conditions de
réalisation, par la mise en œuvre de dispositions techniques préventives
ou une modification des méthodes constructives ;
➨ la mise en œuvre d'une méthode de détection précoce de la survenance d'un
événement et la définition préventive des dispositions techniques curatives.
Après application de ces mesures, il est procédé à une nouvelle évaluation de
chaque risque. Si, en dépit des mesures de traitement, le risque demeure
inacceptable, un nouveau processus de « traitement du risque » est lancé.
suivante. Les versions successives du Registre des risques établies pendant
les différentes étapes du projet doivent être conservées par le maître d'ouvrage,
dans le but d’assurer la traçabilité de l’évolution de l’analyse des risques.
Il est à noter que lors des phases de conception, l'essentiel des actions de
traitement consiste soit en des reconnaissances visant à réduire les incertitudes, soit en des adaptations du projet lui-même, visant à le rendre plus
robuste vis-à-vis des conséquences de ces incertitudes. Lors de la phase de
réalisation, le traitement des risques résiduels prend la forme de mesures
d'anticipation (reconnaissances à l'avancement) et de dispositions constructives spécifiques prédéfinies.
Afin d'assurer la traçabilité de tout le processus de management des risques,
il convient d’établir un « Registre des risques », dont un cadre est proposé
dans l’annexe 7. Ce Registre doit indiquer de manière exhaustive toutes les
mesures de traitement mises en œuvre, avec leurs résultats en matière de
réduction des risques, ainsi que les mesures décidées dans le cadre de la
phase d'étude en cours et à mettre en œuvre lors de la phase de conception
Une galerie de reconnaissance supprime presque
toutes les incertitudes géologiques.
4 - Application de l’analyse des risques à chaque phase du projet4.1 - Correspondance entre missions d'ingénierie
géotechnique et Loi MOP
Le tableau ci-après met en correspondance les missions-types d'ingénierie
géotechnique, telles que décrites dans la norme NF P 94-500 (décembre 2006)
[8], avec les phases d'études définies dans la loi MOP (et ses textes d'application) [4]. Cette loi française définit les conditions d'exercice de la maîtrise
d’œuvre des constructions (bâtiments ou ouvrages d'infrastructures) réalisées
Étape
pour le compte de clients publics.
Bien que cette loi MOP ne concerne que les projets français établis pour
certains maîtres d'ouvrage publics, les différentes phases d'études reportées
dans le tableau suivant sont bien représentatives de l'évolution des phases de
conception d'un projet, même si celui-ci n'est pas soumis à la loi MOP.
L'appellation « Maître d'œuvre » utilisée dans le cadre de la loi MOP correspond
de manière plus générale au concepteur de l’ouvrage.
Missions-types d'ingénierie géotechnique (norme NFP 94-500)
« Étude Géotechnique Préliminaire de site - G 11 »
1
2
« Étude Géotechnique d'Avant Projet - G 12 » (a)
« Étude Géotechnique de Projet – G 2 - Phase Projet » (b)
« Étude Géotechnique de Projet – G 2 - Phase Projet » (b) ou
Actualisation et approfondissement autant que nécessaire
« Étude Géotechnique de Projet -G 2- Phase Assistance aux Contrats de Travaux » (c)
3
« Étude et Suivi Géotechnique
d'Exécution -G 3 – Phase Étude » (d)
« Supervision Géotechnique d'Exécution - G 4-Phase
Supervision de l'étude d'exécution » (e)
« Étude et Suivi Géotechnique
d'Exécution G 3 – Phase Suivi » (d)
« Supervision Géotechnique d'Exécution - G 4-Phase
Supervision du suivi d'exécution » (e)
« Supervision Géotechnique d'Exécution - G 4 - Phase Supervision du suivi d'exécution » (e)
Phase d'études de la Loi MOP
Études Préliminaires (EP)
Études d'Avant Projet (AVP)
Études de Projet (PRO)
Assistance au MOA pour la passation du contrat (ACT)
Études d'exécution (EXE)
Visa des études d'exécution (VISA)
Direction de l'exécution du contrat de travaux (DET)
Assistance aux opérations de réception (AOR)
a) A propos des études géotechniques préalables (G1) qui regroupent l'étude géotechnique de site (G11) et l'étude géotechnique d'avant-projet (G12), le texte de la
norme précise que « Ces missions excluent toute approche des quantités, délais et coûts d'exécution des ouvrages géotechniques, laquelle entre dans le cadre
d'une mission d'étude géotechnique de projet (étape 2). Elles sont normalement à la charge du maître d'ouvrage ». Sachant que selon la loi MOP, le coût prévisionnel
de l'ouvrage est établi à l'achèvement de l'étude d'avant-projet, il convient de réaliser, dès cette phase « Avant-Projet » de la loi MOP, une étude géotechnique de projet G2.
M
287
Dans le même esprit, la faisabilité des travaux souterrains étant essentiellement fonction des conditions géotechniques, il peut s'avérer nécessaire de procéder, dès
la phase des études préliminaires, à une étude géotechnique d'avant-projet (G12).
b) Pour les ouvrages souterrains, l'étude géotechnique de projet G2 est pratiquement toujours intégrée à la mission de maîtrise d'œuvre générale (ainsi que le mentionne
le texte de la norme). C'est dans le cadre de cette mission G2 que l'essentiel du Mémoire de Synthèse Géotechnique (MSG) est rédigé, ou tout au moins que sont
rassemblés tous les éléments nécessaires à cette rédaction.
c) Le DCE comporte notamment les investigations géotechniques complémentaires à réaliser en phase d'exécution, les différentes valeurs-seuils associées aux méthodes
(convergence, tassements, vitesses de vibration, etc.), ainsi que les procédures d'auscultation nécessaires pour assurer le suivi des mesures et le contrôle du respect des
valeurs-seuils. La définition de l'ensemble de ces dispositions fait partie intégrante de l'étude géotechnique de projet G2 (cf. Norme 94-500 : Tableau 2 et chapitre 8) établie
par le maître d'œuvre.
d) Cette mission est à la charge de l'entreprise.
e) Cette mission de supervision s'apparente à un contrôle extérieur à la charge du maître d'ouvrage.
4.2 - Conduite générale des études
4.2.2 - Extrait de la norme NFP 94-500 relatif
au « traitement des risques »
4.2.1 - Place de l’étude des risques dans le déroulement
du projet
Dans le cadre de l'étude d'un projet, l'analyse des risques est globale, c'est à
dire qu'elle concerne l'ensemble des risques, qu’ils soient de type politique,
réglementaire, foncier, environnemental, organisationnel, technique, etc. Même
au sein des aspects techniques, l'analyse des risques géotechniques n’en
constitue qu'une partie, certes très importante compte tenu du rôle joué par
les conditions géologiques, hydrogéologiques et géotechniques dans la
construction d'un tunnel.
Lors des phases de conception, c'est à dire depuis les études préliminaires
jusqu'au projet (de la mission type G11 à la mission G2), l’analyse des risques
géotechniques ne concerne que le concepteur et le maître d'ouvrage (celui-ci
éventuellement accompagné de son assistant à maître d'ouvrage, ou AMO). Le
concepteur, réputé sachant, doit communiquer au maître d'ouvrage, tout au
long du processus d'étude, les éléments qui lui sont nécessaires pour qu’il
puisse décider, en fonction de ses propres critères de risque, de la stratégie à
adopter.
Il convient donc d'appliquer à chaque phase d'étude ou à chaque mission type
d'ingénierie géotechnique la méthodologie proposée au chapitre 3, avec ses
trois grandes étapes :
⇒ Bilan des connaissances et recensement des incertitudes
⇒ Appréciation des risques = Identification + Analyse + Évaluation de chaque
risque
⇒ Traitement des risques
La nature et le contenu des documents sanctionnant les diverses composantes de l’étude des risques sont détaillés au § 4.6 pour ce qui est du DCE.
Ces documents sont bien entendu plus succincts dans les phases initiales
du projet, mais il est souhaitable de les individualiser dès que possible,
au moins sous forme de chapitres distincts, car ce sont des documents
vivants qui ont vocation à être développés, corrigés et enrichis tout au long
du projet.
...« Face à chaque risque identifié, il convient de définir les actions préventives possibles pour le réduire (réduction des incertitudes ou de l'impact
potentiel de ces incertitudes), les dispositions à mettre en œuvre pour
détecter sa survenance le plus tôt possible (programme de suivi et de
contrôle avec valeurs seuils associées) et les actions curatives pour en
minimiser l'impact s'il se réalise (adaptation du projet).
Le traitement des risques est adapté à chaque phase de déroulement du
projet. Le canevas de traitement habituel est le suivant :
- le risque associé à un évènement 5 majeur est réduit ou annulé par des
mesures appropriées (modification du projet) dès le stade de l'avantprojet (étape1) ;
- le risque associé à un évènement important est réduit ou annulé par des
mesures appropriées au stade du projet (étape 2) : adaptation du projet, suivi
spécifique avec des mesures prédéfinies et des valeurs seuils associées,
ainsi que des adaptations possibles à mettre en phase d'exécution ;
- le risque associé à un évènement résiduel a un impact, généralement
faible, sur la qualité, les coûts, la sécurité et les délais, et peut justifier
une solution d'optimisation au stade de l'exécution (étape 3).
La gestion des risques (et donc de leur coût potentiel) est axée sur leur
détection le plus en amont possible et sur le contrôle de l'efficacité des
solutions prévues. Elle s'appuie sur les actions suivantes :
a) au stade de la conception de l'ouvrage :
- évaluation des incertitudes et de la variabilité des paramètres influents ;
- reconnaissance de l'environnement, en particulier des avoisinants potentiellement concernés ;
- définition des éventuelles dispositions constructives complémentaires à
mettre en œuvre si le contexte géotechnique ou le comportement de
l'ouvrage observé n'est pas conforme aux prévisions ;
- définition des adaptations possibles avec recherche d'opportunités ;
- prise en compte des risques inhérents par leur budgétisation ;
- maintenance inhérente à certains types d'ouvrages géotechniques ;
b) pendant l'exécution des travaux : suivi et contrôle géotechnique en
continu (en fonction des valeurs seuils associées) ;
c) après travaux : mise en œuvre éventuelle de la maintenance inhérente
à certains types d'ouvrages géotechniques, adaptée au contexte géotechnique du site et à la spécificité de l'environnement de l'ouvrage. »
5 Afin d'assurer la cohérence avec le vocabulaire préconisé par la norme ISO 31000, le terme
« évènement » remplace ici le terme « aléa » figurant dans la norme NFP 94-500.
288
4.2.3 - Conduite des reconnaissances et autres investigations
Le management des risques géotechniques tout au long du processus de
conception d'un projet (depuis les études préliminaires jusqu'au DCE), puis
de sa réalisation, suppose qu'à chaque phase d'étude soient effectuées des
reconnaissances pertinentes et approfondies visant à réduire le plus possible
l'importance des risques résiduels. Il convient donc d'apporter une attention
particulière au déroulement de ces reconnaissances depuis la mise au point
du programme jusqu'à la réception des résultats.
Le programme doit répondre au besoin, c'est à dire décrire précisément
les méthodes et moyens à mettre en œuvre les mieux adaptés pour lever les
incertitudes. Après les premières campagnes de reconnaissance générale, il faut
privilégier les investigations ciblées sur les risques identifiés à partir du modèle
géologique et du retour d’expérience de travaux antérieurs en terrains analogues.
Les prestations à effectuer, les procédures à suivre ainsi que les rendus exigés
doivent également être décrits très précisément dans les documents de consultation, afin de garantir l'atteinte des résultats attendus. Lors du jugement des
offres des prestataires, il convient de vérifier que les références et les moyens
humains et matériels figurant dans l'offre permettent bien d'assurer la qualité
des prestations. Le contrôle de l'exécution permet également de s'assurer que
les procédures sont respectées et que les prestations sont bien réalisées
conformément à la commande. Enfin la présentation des résultats doit souligner les marges d'incertitude.
4.3 - Phase Études préliminaires (EP)
Rappelons que l’un des objectifs fixés par la norme NFP 94-500 pour une mission « d'étude géotechnique préliminaire de site » (G11) est de procéder à une
première identification des risques. Au stade des études préliminaires, il faut
donc procéder :
⇒ au recensement de toutes les données géologiques, hydrogéologiques et
géotechniques par l'intermédiaire d'une enquête documentaire visant le
site et les ouvrages avoisinants (périmètre de la ZIG) ;
⇒ à une visite du site et de ses alentours afin de vérifier directement les caractéristiques géologiques du site du projet ;
⇒ sur la base des informations ainsi recueillies, à l'identification des principales incertitudes et des risques associés.
à préciser le contexte géologique, hydrogéologique et géotechnique ainsi que
la gravité des problèmes géotechniques susceptibles d'être rencontrés.
Ce programme est déduit d'un modèle géologique préliminaire synthétisant
les données disponibles, ainsi que les incertitudes et inconnues encore (très)
nombreuses à ce stade.
Documents à fournir : La norme NFP 94-500 définit très précisément
(cf. § 7.1 de la norme) le contenu de l'étude géologique préliminaire de site
qui est nécessaire à l'établissement du Dossier d'études préliminaires au sens
de la loi MOP. En complément au rapport défini au § 7.1.3. de la norme, le
dossier d'études préliminaires doit comporter de manière formalisée :
➨ le « Registre des incertitudes » qui recense toutes les incertitudes concernant le modèle géologique préliminaire établi à l'issue de cette première
phase d'étude ;
➨ le « Registre des risques » qui fournit une appréciation et une évaluation
des risques identifiés à partir du Registre des incertitudes, c'est à dire l'identification, l'analyse et l'évaluation de ces risques ;
➨ le programme des actions de traitement à conduire pour réduire le niveau
des risques résiduels et les rendre ainsi acceptables.
L'attention est attirée sur le niveau d'expertise que requiert également ce
travail, pour éviter deux écueils :
➨ éliminer trop hâtivement une solution ou variante par excès de pessimisme
(ou de prudence), alors que des études appropriées auraient pu révéler que
moyennant certaines dispositions il s'agissait d'une solution techniquement
et économiquement acceptable ;
➨ sous-estimer ou ne pas détecter de très graves difficultés sur une solution
ou variante qui ultérieurement, après études et reconnaissances, pourrait
se révéler beaucoup plus délicate et coûteuse que ne le prévoyait l'étude
préliminaire.
Remarque : Dans certains cas complexes, il peut s'avérer nécessaire
d'approfondir l'Étude Géotechnique Préliminaire de site (G11), et de procéder
dès cette phase à une Étude Géotechnique d'Avant Projet (G12), afin de consolider l'appréciation de la faisabilité technique et à un coût raisonnable de
l'ouvrage projeté. Il peut alors être nécessaire de procéder dès cette phase à
des reconnaissances lourdes : sondages, voire galerie de reconnaissance
(cf. note a du § 4.1).
4.4 - Phase Avant-projet (AVP)
Cette revue initiale des risques, qui doit être aussi exhaustive que possible,
constitue un travail d'expertise qui nécessite une grande expérience des travaux souterrains, avec un recours permanent à des cas vécus dont les conditions de réalisation s'apparentent à celles du projet considéré. Pour chacun
des risques il doit être établi une fiche décrivant :
⇒ les sources de risque ;
⇒ la vraisemblance d'occurrence de l'évènement redouté ;
⇒ les conséquences de l'évènement en cas d'occurrence ;
⇒ les traitements possibles du risque pour en abaisser le niveau.
Pour cette phase, il est procédé dans un premier temps à une mission
d'« Étude Géotechnique d'Avant Projet » (G12), qui suit une démarche quasi
identique à celle de la phase précédente à deux différences près :
⇒ les données sont plus nombreuses et (en principe) plus pertinentes puisqu'il
s'agit des résultats de reconnaissances et d'études spécifiques au projet
(décidées à l'issue de la phase précédente ou au début de celle-ci) ;
⇒ la démarche d'appréciation des risques et de choix des traitements commence
à intégrer les méthodes de construction envisagées et réciproquement.
A ce stade des études préliminaires, le traitement des risques vise essentiellement à proposer un programme de reconnaissances et d'études destinées
Il en résulte d'une part un modèle géologique plus détaillé et (en principe) plus
fiable, et un tableau de description des risques également plus détaillé ;
M
289
on identifie particulièrement les évènements 6 majeurs et les principes généraux pour en limiter les conséquences. Il faut noter que la description des
risques est également fonction de la méthode d’exécution envisagée et qu’elle
pourra aboutir à l’exclusion de certaines méthodes d’exécution.
Dans un second temps, la loi MOP précisant que le coût prévisionnel de
l'ouvrage doit être établi à l'achèvement de l'étude d'Avant Projet, il convient
que dès cette phase la mission G12 soit prolongée par une mission d'Étude
Géotechnique de Projet (G2), qui permette d'aboutir à une conception déjà
suffisamment approfondie pour permettre une telle estimation. Cette mission
G2 se distingue des précédentes par un niveau de connaissance nettement
plus élevé (des reconnaissances spécifiques ont déjà été entreprises), par la
prise en compte de méthodes d'exécution déjà définies, par le dimensionnement
des ouvrages et par l'identification des évènements importants et dispositions
prévues pour en réduire les conséquences (cf. note a du § 4.1).
Documents à fournir. Comme pour la phase précédente, la norme NFP 94-500
définit très précisément (cf. § 7.2 de la norme) le contenu de l'Étude géotechnique d'avant-projet nécessaire à l'établissement du dossier d'Avant-Projet
(AVP) au sens de la loi MOP. De la même façon, en complément aux prestations
définies au § 7.2.2. de la norme, le dossier d'Avant-Projet (AVP) doit comporter
de manière formalisée les mêmes documents que le dossier d'Études Préliminaires mais avec, bien évidemment, un niveau d'élaboration plus élevé grâce
aux informations recueillies lors des actions de reconnaissance et de traitement
apportées entre les deux phases.
4.5 - Phase Projet (PRO)
Au cours de cette phase, l'étude géotechnique de projet G2 établie durant
la phase précédente est actualisée et finalisée, en intégrant notamment les
compléments de reconnaissances et les dispositions visant à minimiser les
risques. En principe, le projet est parfaitement défini à l'issue de cette phase,
sauf dans certains cas où la mise au point de certains détails se fait dans le
cadre de l'établissement du DCE. C'est également à l'issue de cette phase
qu'est établi, dans sa forme quasi définitive, le tableau de recensement et de
présentation des risques proposé ci-après (cf. Annexe 7).
L'attention est attirée sur le fait que c'est sur la base de ce tableau des risques
que le Maître d'Ouvrage arrête définitivement sa stratégie de gestion des
risques (acceptation des risques résiduels et détermination des provisions
associées), avant de passer au contrat de travaux. Il y a donc nécessité pour
le Maître d'Œuvre de procéder pour chacun des risques à une analyse fine
des scénarios et conséquences possibles, à leur description détaillée et à leur
estimation en termes de surcoût et d'allongement des délais, afin d’éclairer
au mieux la stratégie du maître d'ouvrage.
Documents à fournir. Comme pour les deux phases précédentes, la norme
NFP 94-500 définit très précisément (cf. § 8.2 de la norme) le contenu de
l'étude géotechnique de projet nécessaire à l'établissement du dossier de
Projet (PRO) au sens de la loi MOP. De la même façon, en complément aux
6
290
prestations ainsi définies au § 8.2 de la norme, le dossier de Projet (PRO) doit
comporter de manière formalisée les mêmes documents que pour les dossiers
d'Études Préliminaires et d'Avant-Projet, mais sous une forme tout à fait aboutie,
puisqu'en principe cette phase constitue la dernière phase d'étude et que,
sauf cas particulier, il n'est plus procédé à des études et reconnaissances au
delà de cette phase autres que des reconnaissances complémentaires exigées
pour le traitement de certains risques et les reconnaissances à l'avancement
réalisées en cours de travaux.
Les risques non totalement traités à l'issue de cette phase sont donc tous des
risques résiduels, dont le niveau doit être porté à la connaissance du Maître
d'Ouvrage pour en vérifier l’acceptabilité. Pour ce faire, il est recommandé
pour cette dernière phase d'étude de récapituler l’ensemble des risques
examinés dans un tableau (Registre des risques) du type de celui présenté
en annexe 7, en présentant de manière détaillée la vraisemblance et les
conséquences sur chacun des objectifs du maître d’ouvrage ; ce dernier
tableau servira de base au Plan de management des risques à construire
dans le cadre de la mise au point du DCE et du contrat.
Rappel : Comme déjà mentionné (cf. § 4.1, note c), l'Etude géotechnique de
projet définit les investigations géotechniques complémentaires à réaliser en
phase d'exécution, les différentes valeurs-seuils associées aux méthodes
(convergence, tassements, vitesses de vibration, etc.) ainsi que les procédures
d'auscultation nécessaires pour assurer le suivi des mesures et le contrôle du
respect des valeurs seuils.
Enfin, à ce stade, il peut être souhaitable que le maître d'ouvrage mobilise (s'il
ne l'a pas fait auparavant) son assureur.
4.6 - Phase Assistance au contrat de travaux (ACT)
Ce paragraphe se limite à la phase de consultation et n’aborde pas le mode
de rémunération des risques résiduels, qui relève du GT25 de l’AFTES.
Pour présenter l'ensemble des éléments participant à la prise en compte des
incertitudes et risques géotechniques dans un projet d'ouvrage souterrain, il
est proposé une architecture copiée sur celle de la première Recommandation
du GT32-1 de l’AFTES (2004), qui proposait de décomposer le dossier géotechnique du DCE en trois cahiers A, B et C.
4.6.1 - Données brutes (Cahier A)
Toutes les données brutes disponibles relatives à la géologie, l’hydrogéologie
et la géotechnique sont regroupées dans un dossier factuel dénommé
« Cahier A ». Ce cahier inclut également les données relatives aux vestiges
anthropiques (puits, galeries, fossés, vieilles fondations).
En outre, il est proposé de traiter de manière identique les données brutes
relatives à l’existence, la localisation et l’état pathologique des ouvrages
avoisinants appartenant à la ZIG et susceptibles d'être affectés par les travaux
Afin d'assurer la cohérence avec le vocabulaire préconisé par la norme ISO 31000, le terme « évènement » remplace ici le terme « aléa » figurant dans la norme NFP 94-500.
(tels que bâti de surface, infrastructures superficielles ou souterraines, etc.) ;
ces données ont vocation à être recensées comme les données géotechniques
et à être intégrées au dossier factuel dit « Cahier A ».
4.6.2 - Synthèse et Registre des incertitudes (Cahier B)
Cette ignorance est parfois dissimulée par la fourniture d'un registre des
risques censé compenser le faible niveau de connaissance. Cette démarche
n'est pas satisfaisante ; en effet, l'expérience montre que lors de l’élaboration
d’un projet, le déficit de reconnaissance génère souvent une première vision
simpliste et optimiste du modèle géologique, vision qui cache sa très forte
incertitude.
Conformément au Fascicule 69 du CCTG -Travaux et à la première Recommandation du GT32, l'interprétation des données géotechniques faite par
le maître d’œuvre et la représentation qu'il se fait du contexte géologique et
des conditions de réalisation attendues font l'objet du Mémoire de synthèse
géotechnique (MSG). Ce document a vocation à être contractualisé (cf. Fascicule 69) et c’est celui que la première Recommandation du GT32-1 dénommait « Cahier B ». Le « Registre des incertitudes » décrit plus haut (§ 3.1.4)
peut constituer le dernier chapitre de ce Mémoire.
Les premières reconnaissances ont alors souvent pour effet de faire augmenter
significativement l’incertitude « ressentie » par les concepteurs : cela traduit
le fait qu’ils prennent conscience de la complexité de la réalité grâce à ces
premières informations extraites du terrain. Cela signifie qu’à l’exception de
certains contextes géologiques déjà bien reconnus par ailleurs, il convient
d’être très réservé sur les études de risques faites avec peu de reconnaissances : elles sont souvent très éloignées de la réalité.
Comme pour les données géotechniques, l'interprétation des données concernant les avoisinants et l'appréciation qu'a le concepteur de leur état et de leur
sensibilité peuvent être intégrées au Mémoire de synthèse géotechnique
(Cahier B).
La maîtrise des risques repose donc avant tout sur la pertinence des reconnaissances et sur l’exploitation qui en est faite. Une consultation réalisée sur
des bases incertaines ne permet pas au maître d’ouvrage de s’assurer de la
compatibilité des risques éventuels avec le respect de ses objectifs.
4.6.3 - Mémoire de conception et Registre des risques
(Cahier C)
Par ailleurs, les maîtres d’ouvrages peuvent parfois croire à tort que le fait
d’impliquer le constructeur dans la conception va lui faire porter tous les
risques inhérents à la construction du projet. En réalité, on ne peut pas
transférer contractuellement des risques qui n’ont pas été caractérisés, au
moins sous la forme d’évènements potentiels, tout comme un assureur ne
peut assurer que des risques caractérisés (évènements et conséquences,
vraisemblances). Pour qu’un acteur (maître d’ouvrage ou constructeur) puisse
assumer ou transférer un risque, d’une façon ou d’une autre, il est nécessaire
qu’il dispose des informations permettant d’identifier les évènements
potentiels et leurs conséquences, donc d’un niveau de connaissance du
contexte approprié. Si, lors de l’apparition d’un risque, il est démontré que les
informations disponibles ne permettaient pas de l’identifier et de le caractériser,
celui qui assumera en dernier recours les conséquences de cette « imprévisibilité » sera bien le maître d’ouvrage.
Le « Registre des risques », présenté sous la forme d'un tableau comme indiqué
dans la Phase PRO (cf. § 4.5 ci-dessus), pourrait soit constituer le dernier chapitre
de ce « Cahier C », soit faire l'objet d'un document à part, soit être intégré au
« Plan de management des risques » prévu dans la nouvelle version du
Fascicule 69, à paraître en 2012. Ce Registre des risques constituerait ainsi
la base de données nécessaire à l'élaboration du Plan de management des
risques, notamment pour les dispositions de rémunération envisagées. Un
exemple de présentation de ce Registre des risques est donné en annexe 7.
4.7 - Cas de la conception / construction ou
autres processus de dévolution anticipés
Il est observé de plus en plus fréquemment le recours à des processus dans
lesquels la dévolution du contrat de construction se situe très en amont des
travaux, la mise en concurrence et les offres qui en résultent étant souvent
réalisées alors que le niveau de connaissance est très faible. Dans ces cas de
figure, le niveau d’incertitude et de risque est potentiellement très fort, et de
toutes façons mal connu des maîtres d’ouvrage (ou des concédants), mais
également des soumissionnaires.
Face à cette situation, certains maîtres d’ouvrage pourront imaginer de transférer tous les risques possibles et imaginables en les caractérisant selon des
fourchettes très larges visant à couvrir tous les cas de figure ; ils devront alors
de toute façon vérifier préalablement que l’apparition de ces risques reste
compatible avec leurs objectifs, ce qui sera rarement le cas. Par ailleurs, ils
ne pourront pas formellement transférer ces risques, puisque les concurrents
ne disposeront pas des éléments leur permettant de les caractériser et seront
donc incapables de définir leur niveau de couverture. Cela conduira donc à
pousser les concurrents qui décideront de répondre aux appels d’offre à des
paris souvent non réellement assumés, qui aboutiront à des contrats malsains
et non loyaux entre les acteurs, donc au non-management des risques.
Enfin, il est important de rappeler que ces processus non classiques de
dévolution des contrats ont été conçus pour des configurations spécifiques
qui doivent être justifiées et juridiquement valides. Elles n’apportent pas
en tant que telles de solution ou d’améliorations dans la gestion des risques
d’un projet. Au contraire, on peut même considérer que les opérations à fortes
M
A l’aval des cahiers A et B, la première recommandation du GT32 a défini un
cahier C ou « Mémoire de conception », dans lequel le maître d’œuvre présente
et justifie les dispositions constructives proposées dans le DCE, lesquelles
peuvent éventuellement être adaptées voire modifiées par l’entreprise dans
son offre. C'est dans ce document que sont indiquées toutes les mesures
de traitement des risques imposées ou proposées par le maître d’œuvre,
notamment les actions destinées à préserver l’environnement ( bâti, ouvrages
existants, eaux souterraines et superficielles, faune) vis-à-vis de conséquences
dommageables des travaux entrepris.
291
incertitudes (donc à forts risques) se prêtent mal à ce type d’approche et
de contractualisation, pour les raisons décrites ci-dessus, mais également
parce que :
• On ne peut pas demander aux constructeurs de manager les risques du
maître d’ouvrage, au sens de « les identifier, évaluer leurs conséquences,
choisir le mode de traitement et/ou de couverture » : les intérêts normaux
et légitimes des constructeurs ne sont pas ceux du maître d’ouvrage ;
• Si chaque concurrent propose sa propre analyse et sa propre couverture des
risques, les principes d’égalité et d’équité du jugement des offres seront très
difficiles à respecter dans le cas d’ouvrages à fortes incertitudes, d’où un
très fort risque juridique, sauf à faire du critère financier le principal critère.
Dans ce cas, cela reviendra à retenir l’offre qui intègre le moins de risques,
ce qui aboutira ici aussi au non-management des risques par le maître
d’ouvrage, donc à des dérives non maîtrisées des coûts et des délais.
b) lors du déroulement de la consultation : pouvoir juger de la pertinence
du processus de management des risques proposés par le concepteur/
réalisateur, et apprécier en particulier les mesures de traitement adoptées ou prévues,
ainsi que la gravité des conséquences des risques résiduels sur ses objectifs.
Dans les cas où, pour des raisons impératives, le maître d’ouvrage doit choisir
ce type de procédure, les principes de management des risques développés
dans la présente Recommandation restent pertinents. Pour mener à bien le
c) lors de la réalisation : suivre le déroulement des travaux, et être en mesure
de juger de l'acceptabilité des éventuelles demandes en rémunération
complémentaire présentées par le concepteur-réalisateur.
processus décrit, le maître d’ouvrage devra se donner les moyens de disposer
d’une forte compétence en géotechnique et en travaux souterrains, pour :
a) préalablement au lancement de la consultation : effectuer les campagnes
de reconnaissances des données fondamentales (géologie-hydrogéologiegéotechnique, ouvrages existants, bâti, etc.), dont le niveau sera approprié à
la complexité du contexte mais qui devront être encore plus détaillées que
dans un cas classique, parce que la conception du concepteur-réalisateur ne
sera «valide» que dans le cadre de la pertinence de ces données ;
5 - BibliographieRecommandations de l’AFTES
[1] AFTES (2003) – Recommandations du GT1 : Caractérisation des massifs
rocheux utile à l’étude et à la réalisation des ouvrages souterrains. Revue
Tunnels & OS, n° 177, pp. 138-186.
[2] AFTES (2004) – Recommandations du GT32 : Prise en compte des risques
géotechniques dans les DCE. Revue Tunnels & OS, n° 185, pp. 316-327.
[3] AFTES (2007) – Recommandations du GT25 : Comment maîtriser les coûts
de son projet. Revue Tunnels & OS, n° 201, pp. 128-168.
Textes normatifs, règlementaires et
autres recommandations
[4] Loi MOP – Loi n° 85-704 du 12 juillet 1985 modifiée relative à la maîtrise
d'ouvrage publique et à ses rapports avec la maîtrise d'œuvre privée
[5] Normes suisses :
SIA 197 - Projets de tunnels ; bases générales
SIA 199 - Etude du massif encaissant pour les travaux souterrains
SIA 118/198 - Conditions générales pour constructions souterraines
[6] AFNOR – Fascicule de documentation n° FD X 50-117 (avril 2003) :
« Management de projet – Gestion du risque »
[7] ITA/AITES, Working Group N° 2 (2004) - Guidelines for Tunneling Risk Management – Tunneling & Underground Space Technology, N° 19, p. 217-237
[8] Norme AFNOR n° NFP 94-500 (déc. 2006) – Missions d’ingénierie géotechnique, classification et spécifications.
[9] ITIG (2006) – Code of Practice for Risk Management of Tunnel Works. Recommandations de l’International Tunnelling Insurance Group, versions anglaise et
française publiées dans la revue Tunnels & OS, n° 214, nov. 2009, pp. 188-224.
292
[10] Norme ISO 31000 : 2009 (F) – Management du risque ; principes et lignes
directrices
[11] Norme ISO Guide 73 : 2009 (E / F) – Management du risque ; vocabulaire
[12] Ministère de l’Ecologie – Fascicule 69 (Travaux en souterrain) du CCTGTravaux – Nouvelle version (qui introduit le principe d’un Plan de management des risques). A paraître en 2012.
Autres publications
[13] Piraud, J. (1996) – Vers une meilleure maîtrise de l’incertitude propre aux
coupes géologiques prévisionnelles. Journées d’études AFTES, Chambéry,
pp. 245-250. Ed. Spécifique
[14] Lombardi G. (2002) – Les risques géotechniques dans l’évaluation financière des tunnels non urbains. Revue Tunnels & Ouvrages souterrains, n°
173, pp. 321-325.
[15] Bianchi, G.W, Perello P, Venturini G., Dematteis A. (2009) – Determination
of reliability in geological forecasting for tunnel projects: the method of
the R-index and its application on two case studies. Proc. ITA-AITES World
Tunnel Congress, Budapest, pp. 23-28.
[16] Bieth, E., Gaillard C., Rival F., Robert, A. (2009) – Geological Risk: a methodological approach and its application to 65 km of tunnels under the
French Alps – AITES/ITA World Tunnel Congress, Budapest.
[17] Robert, J. (2009) – L’accompagnement géotechnique indispensable pour
la réussite d’un projet – 17ème Congrès int. de Mécanique des sols et
d’ing. géotechnique, Alexandrie, vol. 3, pp. 2711-2714.
[18] Gaillard C., Humbert E., Rival F., Robert A., (2011) Le management des
risques géotechniques est-il toujours pertinent ? - Congrès international
AFTES, Lyon – 17-19 octobre 2011.
6 - Annexes-
Annexe 1 - Correspondance avec les textes existants
L'annexe n°1 a pour objectif de comparer la présente Recommandation
aux autres documents traitant de la gestion des risques, notamment à la
précédente recommandation GT32-1.
A) En ce qui concerne les trois cahiers, la présente recommandation n°GT32.
R2F1 est en total accord avec la GT32-1, dans la mesure où l'organisation du
dossier géotechnique en trois cahiers A, B et C est conservée et même
partiellement (ou totalement) étendue aux phases d'études amont.
1 - Recommandation du GT32-1
Publiée en 2004 [Réf. 2], la Recommandation GT32-1 sur la « Prise en compte
des risques géotechniques dans les dossiers de consultation des entreprises pour
les projets de tunnels » ne traite, comme son nom l'indique, que de l'établissement
du DCE. Dès sa parution, cette Recommandation a été appliquée et elle est
actuellement largement partagée par la profession. Aussi conviendrait-il, pour en
conserver l'intérêt, de la réviser à la fois sur le fond et sur la forme, afin de la
rendre cohérente avec la présente Recommandation n°GT32.R2F1.
1.1 - Mise en cohérence sur la forme
L'application de la terminologie rigoureuse retenue dans le cadre de la norme
ISO 31000 conduit à devoir reformuler certains termes ou expressions.
Quelques exemples :
• « aléa » est à remplacer par risque ou évènement,
• « incertitude » est à remplacer le plus souvent par risque,
• « difficultés » est à remplacer par conséquences ou évènements,
• « probabilité d'occurrence » est à remplacer par vraisemblance.
Enfin, la révision de la recommandation GT32-1 présentera l'opportunité de
rectifier certains points de rédaction, telles que :
• Au § 1 « Objet de la recommandation », la note évoque une terminologie
propre aux risques naturels (comportant le terme aléa notamment) qui n'est
jamais appliquée dans le texte (en dehors du terme aléa).
• Dans la même note – cf. § 1 « Objet de la recommandation » - il est indiqué
« on évitera d'utiliser le terme d'accident géologique pour parler… », alors
qu'au § 5.2, 3 ème section : « Description des incertitudes non levées », on
utilise précisément cette expression et qu'elle apparaît également en légende
d'une figure « Éboulement de front ». L’AFTES confirme que ce terme est
ambigu et à éviter.
B) En ce qui concerne la distinction des incertitudes de type 1, 2 et 3, il
convient de profiter de l'approfondissement de la réflexion conduit dans le
cadre de la présente recommandation et de substituer à cette distinction de
trois types d'incertitudes, la liste et la description des incertitudes présentées
au § 3.1.4 « Registre des incertitudes » du texte de la recommandation.
L’AFTES va entreprendre une révision de la recommandation du GT32-1.
C) En ce qui concerne l'application aux DCE que ne traite pas la présente
recommandation n° GT32.R2F1, la révision de la recommandation GT32-1
devra veiller à être cohérente avec le texte du nouveau fascicule 69 (à paraître
courant 2012) et celui du document d'application (à rédiger).
2 - Document AFNOR : FD X 50-117
Il s'agit d'un fascicule de documentation et non d'une norme. Ce document
intitulé « Management de projet – Gestion du risque » [Réf. 6] s'applique dans
le cadre de la mise en œuvre d'un processus de management des risques
d'un projet.
Le « risque d'un projet » y est défini comme « événement dont l'apparition
n'est pas certaine et dont la manifestation est susceptible d'affecter les
objectifs du projet ». Cette définition demeure très proche de la définition du
risque dans la norme ISO. Par ailleurs, il est assez facile d'établir une grille de
correspondance entre les principales définitions (cf. tableau ci-après) en
soulignant toutefois que le terme « gravité », qui est utilisé ici (ainsi que dans
le manuel RFF examiné plus loin) pour caractériser l'ampleur de la conséquence, n'a pas d'équivalent dans la norme ISO qui ne retient pas cette notion.
AFNOR FD X 50-117 avril 2003
AFTES GT32.R2F1
« risque de projet »
« risque »
« gravité »
« Ampleur des conséquences »
« criticité »
« niveau de risque »
« probabilité d'apparition »
« vraisemblance »
« estimation des risques »
« analyse des risques »
« évaluation des risques »
« risque résiduel »
« risque résiduel »
1.2 - Mise en cohérence sur le fond
M
Parmi les principaux apports de la recommandation GT32-1, il pouvait être noté :
• la présentation des éléments constituant le dossier géotechnique suivant
trois cahiers A, B et C (et notamment la création de ce dernier cahier C :
Mémoire de Conception) ;
• la distinction de trois types d'incertitudes : incertitudes de type 1, de type 2
et de type 3, ces dernières étant assimilées aux « Imprévus » au sens
« Évènements imprévisibles » ;
• l'application aux DCE.
293
Ce document AFNOR propose également une classification des évènements
en quatre catégories comme présenté dans le tableau ci-dessous :
Non Identifiable
Événement virtuel
imprévu
Identifiable
Non Quantifiable
aléa
Identifiable
Quantifiable
risque
Manuel RFF
AFTES GT32.R2F1
problème
Événement déjà réalisé
Il faut souligner que l'acception de « risque » retenue dans la recommandation
n°GT32.R2F1 se distingue de cette classification dans la mesure où elle traite
également des évènements identifiés dont les conséquences ne sont que très
difficilement quantifiables, et pour lesquels il est nécessaire d'imaginer
plusieurs scénarios correspondant à des conséquences de gravité variable.
A la distinction près indiquée ci-dessus, la démarche proposée dans la présente
recommandation GT32.R2F1 s'inspire beaucoup des éléments développés
dans ce document AFNOR.
3 - Recommandations de l’ITIG pour la gestion
des risques en travaux souterrains
« acceptabilité »
« acceptabilité »
« action de traitement »
« action de traitement »
« aléa »
« événement redouté »
« cause »
« source de risque »
« conséquences »
« conséquence »
« criticité »
« probabilité »
« vraisemblance »
« gravité »
« ampleur des conséquences »
La démarche proposée par le document RFF mérite d'être prise en compte et
constitue certainement une excellente base pour construire une méthodologie
détaillée du processus de management des risques.
5 - ITA WG2 : Guidelines for tunneling risk management
Bien qu'utilisant des termes différents ou les mêmes termes mais avec des
définitions différentes, le document de l'ITIG (International Tunnelling Insurance
Group) présente un vocabulaire très proche de celui de la Recommandation
du GT32.R2F1. Il est assez facile de construire une grille d'équivalence entre
termes (cf. tableau ci-après), en soulignant toutefois qu'il existe une certaine
ambiguïté pour le terme « évaluation des risques », qui ne présente pas la
même signification selon les documents.
Bien que la différence de langue puisse poser des problèmes de traduction,
on observe une bonne correspondance entre la Recommandation du
GT32.R2F1 et les termes et définitions utilisés dans ses Guidelines par le
groupe de travail WG2 de l’AITES [7] ; il est assez facile de construire une grille
d'équivalence entre termes, comme l’indique le tableau ci-après :
International Tunnelling Insurance
Group [Réf. 9]
AFTES GT32.R2F1
ITA-AITES Guidelines
AFTES GT32.R2F1
« risque »
« hazard »
« conséquence »
« conséquence »
« risk analysis »
« probabilité »
« vraisemblance »
« risk evaluation »
« évaluation du risque »
« risk assessment »
« appréciation du risque »
« péril » ou « danger »
?
La démarche proposée dans la Recommandation du GT32.R2F1 est tout à fait
cohérente avec celle décrite dans le document de l'ITIG.
4 - Manuel RFF de maîtrise des risques
(Document interne RFF)
Ce document RFF est destiné aux opérations effectuées en maîtrise d’ouvrage
294
directe. Bien qu'utilisant des termes différents (ou les mêmes termes mais
avec des définitions différentes), il présente un vocabulaire très proche de
celui de la recommandation du GT32.R2F1 et il est assez facile de construire
une grille d'équivalence entre termes :
La démarche proposée dans la Recommandation du GT32.R2F1 est cohérente
avec celle décrite dans le Guidelines de l’ITA-AITES. Le document ITA-AITES
fournit aussi des considérations relatives à la gestion des risques pendant la
phase d’Appel d’Offre et de finalisation du contrat, alors que ces aspects ne
sont pas traités dans la Recommandation du GT32 car prises en compte dans
le cadre du GT25.
Annexe 2 - Qualité des données et fiabilité des interprétations
1 - Evaluation de la fiabilité des données et prévisions
géotechniques
Comme il a été dit au § 3.1.2, l’analyse de la fiabilité des données représente
l’une des tâches principales pour apprécier correctement l’état des connaissances, et pour définir les incertitudes géotechniques.
L’expérience montre que la définition d’un modèle géologique, hydrogéologique et géotechnique, et la fiabilité des prévisions qui en résulte, est toujours
entachée d’un certain degré d’incertitude, qui peut être liée à deux groupes
de variables :
• le contexte géologique, hydrogéologique et géotechnique, et en particulier
sa complexité ;
• la qualité des investigations.
Dans ce qui suit seront décrits les facteurs à prendre en compte pour évaluer
la fiabilité des données et des prévisions, ainsi que deux méthodes actuellement utilisées pour procéder à cette évaluation.
1.1 - Complexité du contexte géologique, hydrogéologique et
géotechnique
Les contextes géologiques peuvent montrer des degrés de variabilité et
donc de complexité très différents. A titre d’exemple, on peut trouver aux deux
extrémités :
1. Des contextes simples, comme certains massifs granitiques et gneissiques,
de caractéristiques géotechniques homogènes ou peu variables (sauf celles
liées à l’état d’altération) ; certains bassins sédimentaires constitués par
des couches horizontales d’épaisseur constante rentrent a priori dans cette
catégorie, sauf en cas d’importantes variations latérales de faciès ;
2. Des contextes très complexes, comme les massifs caractérisés par une
tectonique intense, à la fois ductile et cassante, comportant plusieurs phases
de plis et plusieurs systèmes de failles et/ou avec une variation géotechnique
significative entre les différents lithotypes.
En vue d’encadrer les degrés de complexité des contextes géologiques, on
peut distinguer :
• la complexité du contexte lithologique et stratigraphique,
• la complexité du contexte tectonique ductile,
• la complexité du contexte tectonique cassant,
• la complexité du contexte hydrogéologique.
L’interaction entre les différents degrés de complexité de ces contextes
lithologiques et tectoniques peut permettre de décrire et de représenter la
totalité des situations géologiques.
fonction du type d’investigation ou de reconnaissance, et des méthodes
d’exécution de chacune d’elles. En vue d’évaluer la qualité des données qui
en résultent, il est indispensable de décrire et de classifier les divers types
d’investigations mises en œuvre. Les principales d’entre elles sont brièvement
décrites ci-après :
• Relevés géologiques de surface : pour ceux-ci, la qualité des données est
déterminée par l’extension de la zone investiguée, l’échelle des relevés, le
pourcentage d’affleurement, le type de relevés réalisés (lithologiques, structuraux, etc.) ;
• Forages : la qualité des données est définie par le type de forage (complètement ou partiellement carotté, ou en destructif), la profondeur par rapport à
celle du projet, la distance par rapport à l’axe de l’ouvrage, la localisation par
rapport aux zones critiques, la nature des relevés structuraux (« réorientés »
ou non), la présence d’essais in situ dans le forage, etc. ;
• Investigations géophysiques : la qualité dépend de la longueur des profils
investigués, de la distance par rapport au tracé, de la profondeur d’investigation, ainsi que de la méthode adoptée ;
• Ouvrages existants : dans le cas où de tels ouvrages existent, il faut évaluer
leur distance par rapport à l’ouvrage en projet, la disponibilité de données sur
les travaux effectivement réalisés, l’analogie avec le contexte géologique du
projet, etc. ;
• Puits et galeries de reconnaissance : dans un contexte géologique complexe, ce type d’ouvrage (parfois incorporé ultérieurement à l’ouvrage) peut
s’avérer la seule méthode permettant de réduire notablement les incertitudes
géologiques.
2 - Evaluation de la fiabilité des prévisions
par la méthode du R-Index
Diverses méthodes destinées à évaluer le plus précisément possible la fiabilité
des prévisions géologiques et géotechniques ont été publiées au cours des
dernières années. Ci-après est présentée la méthode du R-Index, ou de l’Indice
de Fiabilité (cf. Bianchi et al., 2009 ; Perello et al., 2005) [15]. Une autre méthode
d’analyse, qui contient aussi une évaluation de la fiabilité, est représentée par
la méthode de monétarisation des risques géotechniques, développée par le
CETU (cf. Bieth, Gaillard et al., 2009) [16], [18], et décrite dans l’annexe 7.
La méthode du R-Index a été conçue pour mettre en relation la qualité des
investigations géologiques avec la complexité du cadre géologique du projet.
La première étape consiste à subdiviser le tracé en secteurs de longueur
homogène, qui ne dépendent donc pas des conditions géologiques rencontrées. Dans les étapes suivantes, deux types de paramètres sont analysés pour
chaque secteur : d’une part les paramètres d’investigation, d’autre part les
« paramètres du système », notamment ceux qui permettent de définir le cadre
géologique et sa complexité.
1.2 - Qualité des investigations et des données
Les paramètres d’investigation comprennent les éléments suivants :
• Relevés géologiques de surface : extension de la zone investiguée, échelle
M
L’expérience montre que la qualité des données peut être très inégale en
295
des relevés, pourcentage d’affleurement, type de relevés réalisés (géologique, géologique et structural, etc.) ;
• Sondages réalisés : nombre, type (carotté ou destructif, avec ou sans
diagraphie…), profondeur comparée à la profondeur de l’ouvrage, distance
par rapport au tracé ;
• Investigations géophysiques réalisées : méthode utilisée, longueur des sections réalisées, distance par rapport au tracé, profondeur investiguée.
L’analyse des paramètres d’investigation permet ainsi de définir, pour chaque
secteur, un index de qualité des reconnaissances réalisées.
Les paramètres du système sont représentés par les éléments suivants :
• La complexité du contexte lithologique, qui est liée aux variations latérales
et verticales d’épaisseur des couches ;
• La complexité du contexte structural ductile, liée au nombre et au type des
phases de déformation ductile de la roche ;
• La complexité du contexte structural cassant, liée au nombre et au type de
zones de failles présentes dans le secteur étudié.
De même, l’analyse des paramètres du système permet de définir, pour chaque
secteur, un index de complexité du cadre géologique.
La phase suivante consiste à faire une corrélation, pour chaque secteur
analysé, entre les paramètres d’investigation et les paramètres du système,
afin de vérifier la capacité des investigations réalisées à fournir des prévisions
fiables en fonction de la complexité du système. La corrélation entre ces divers
paramètres est réalisée au moyen de matrices d’interaction, qui sont souvent
utilisées pour les problèmes de type statistique en géologie appliquée. Le
résultat final est donc un indice de fiabilité (R-Index) affecté à chaque secteur
du tracé, indice qui varie de 0 à 10. La définition des différents degrés de
fiabilité est fournie dans le tableau suivant :
Valeur
du
Fiabilité
R-Index
7,5 - 10
5 - 7,5
2,5 - 5
0 - 2,5
296
Description
Bonne à
très bonne
Les limites et les failles reportées dans un tel secteur sont
certainement présentes et seront rencontrées dans
un intervalle de ± 25-50 m ; l’épaisseur des niveaux
lithologiques peut avoir une erreur de 10-20%.
Moyenne
à bonne
certainement présentes et seront rencontrées dans un intervalle
de ± 50-100 m ; l’épaisseur des niveaux lithologiques peut
avoir une erreur de 30-50%. Outre celles indiquées,
pourraient être présentes d’autres failles mineures.
Faible à
moyenne
certainement présentes et seront rencontrées dans un
intervalle de ± 100-200 m ; l’épaisseur des niveaux
lithologiques peut avoir une erreur de 50-100%.
Outre celles indiquées, pourraient être présentes
d’autres failles principales.
Peu ou
pas fiable
Les limites et les failles reportées dans un tel secteur pourraient
être absentes, alors que d’autres éléments pourraient être
présents. L’épaisseur des niveaux lithologiques n’est pas
définie. Pourront être présents d’autres éléments géologiques
en dehors de ceux qui sont prévus.
3 - Comment améliorer la fiabilité des prévisions
géologiques ?
On trouvera ci-après une liste de recommandations à caractère général, que
nous donnons à titre indicatif et qui visent à améliorer la qualité des données
et la fiabilité des prévisions géologiques et géotechniques qui en sont issues.
a) Levés géologiques de surface :
• Extension suffisante de la zone levée (qui dépend de la structure géologique
globale)
• Relevés géologiques et structuraux avec caractérisation des zones de faille
• Echelle d’analyse adaptée à la phase du projet
Du fait du développement de la modélisation 3D (voir ci-dessous), l’acquisition
de nouvelles données permettra de plus en plus souvent de tester et de mettre
à jour quasiment en direct les interprétations et modèles du secteur étudié.
b) Forages :
• Nombre suffisant de forages pour caractériser toute la longueur du tracé
• Carottage sur toute la longueur du forage
• Longueur du forage adaptée à la profondeur de l’ouvrage
• Distance réduite par rapport à l’axe de l’ouvrage
• Echantillonnage représentatif des différentes unités géotechniques identifiées
• Réalisation d’essais in situ pour une caractérisation détaillée du massif
c) Investigations géophysiques :
Les investigations géophysiques permettent souvent d’optimiser l’implantation
des forages ; il est donc souhaitable de les réaliser en premier et éventuellement de faire une mise à jour de leur interprétation une fois que l’on dispose
des résultats des investigations directes.
• Nombre suffisant de sections pour caractériser toute la longueur du tracé
• Profondeur d’investigation adaptée à la profondeur de l’ouvrage
• Distance réduite par rapport à l’axe de l’ouvrage
• Dans les zones tectoniquement complexes, analyse structurale avec
méthode de réorientation des structures dans leur position réelle
• Privilégier les méthodes à haute résolution
• Utiliser une méthode adaptée au type d’information recherché et à la
profondeur de l’ouvrage
• Etalonnage indispensable sur des sondages carottés pour toute méthode
d’investigation indirecte
• Interprétation couplée du géophysicien et du géologue
d) Réalisation du modèle géologique et modélisation 3D :
Afin d’améliorer l’interprétation d’une zone étudiée, il est nécessaire de
multiplier les coupes géologiques (longitudinale, horizontale et transversales)
et d’en assurer la cohérence.
A ce titre, le recours à la modélisation 3D est certainement appelé à se développer, notamment dans les zones complexes, pour tester et améliorer la cohérence des données et des interprétations dans l’espace 3D. La vigilance est
cependant nécessaire quant à la fiabilité des prévisions issues de l’extrapolation de surfaces géologiques par modèles numériques 3D : ces outils n’ont
pas fonction à proposer une solution unique, et ne sont pas suffisants à eux
seuls pour assurer la qualité d’un modèle géologique.
e) Planning des reconnaissances :
On insistera encore sur la grande importance des reconnaissances effectuées
en tout début d’étude, si l’on veut encore avoir le temps d’optimiser le projet,
notamment en modifiant son tracé.
4 - Fiche d’évaluation « Qualité des reconnaissances »
La fiche « Qualité des Reconnaissances » donnée ci-après a été bâtie sur le
modèle des Protocol Sheets élaborés par la Commission « Design Methodology » de la Société internationale de Mécanique des roches (ISRM Rock
Engineering Design Methodology Commission). Ces fiches recouvrent des
domaines aussi précis que les conditions géologiques, les contraintes en place,
les fractures et les failles, les propriétés du massif, etc.
C’est donc selon une approche de type « check-list » qu’une centaine de
questions ont été élaborées spécifiquement pour le domaine de la reconnais-
sance des ouvrages souterrains. L’objectif est d’aider à conduire et évaluer
une campagne de reconnaissance, depuis l’élaboration du programme et le
suivi sur site, jusqu’à la procédure d’analyse des résultats. De manière plus
pragmatique, cette fiche constitue une sorte de pense-bête visant essentiellement à s’assurer qu’aucun élément technique majeur n’a été oublié et que
les procédures de suivi et d’analyse des reconnaissances correspondent aux
bonnes pratiques établies par la profession.
La fiche « Qualité des Reconnaissances », qui reste qualitative, a vocation à
être utilisée très tôt dans un projet, pour conduire une reconnaissance. Elle
peut être remplie plusieurs fois en fonction de l’avancement d’un même projet.
Ensuite, les résultats de la reconnaissance peuvent faire l’objet d’une
estimation quantitative de leur fiabilité, par exemple grâce à une analyse de
type R-Index (cf. § 2 de la présente Annexe).
Dans la fiche, chaque ligne correspond à une question à laquelle il conviendrait
idéalement de répondre par l’affirmative. Cependant, certaines questions sont
très dépendantes de la phase de reconnaissance considérée et pourront de
ce fait rester sans réponse, en particulier dans les études préliminaires.
Néanmoins, et surtout lors des études d’avant-projet et de projet, les points
restés sans réponse ou ayant une réponse négative doivent pouvoir être
justifiés (par exemple reportés à une phase future, non appropriés au site, etc.)
M
Le GT32 recommande donc que le géologue en charge de la modélisation
soit le géologue du projet et non un spécialiste de modélisation extérieur au
projet. Par ailleurs, rappelons qu’une modélisation 3D n’a de sens que si le
nombre et la quantité de données factuelles sont représentatifs de la zone à
étudier.
297
298
M
299
Annexe 3 - Elaboration du modèle géologique et représentation graphique des incertitudes
1 - Un constat peu satisfaisant
Force est de constater que la représentation des objets géologiques incertains
(interfaces, failles, changements de faciès, hétérogénéités locales…) est
parfois maladroite, incomplète, ambigüe ou carrément absente – ce qui est
source de malentendus et peut conduire à des contentieux. Sachant que la
coupe géologique dessinée par le géologue sera souvent utilisée telle quelle
par des ingénieurs calcul ou travaux, dont la culture géologique est souvent
faible, il est indispensable de tenir compte de cette réalité dans le mode de
représentation des informations géologiques.
De plus, l’expérience montre que les commentaires et réserves faits par le
géologue sont peu à peu oubliés (voire supprimés…) dans les documents
successifs du projet, et que le Mémoire de synthèse géotechnique n’est pas
véritablement lu ou assimilé par tous les intervenants. C’est ainsi que le profil
en long géotechnique prévisionnel, que l’on voit affiché dans tous les bureaux
de chantier, finit par acquérir un « statut » qui dépasse largement les intentions
du géologue qui avait dessiné à l’origine le modèle géologique ayant servi de
base à ce profil en long géotechnique.
2 - Processus d’élaboration des coupes géologiques
Dès la première esquisse d’un projet de tunnel, on établit toujours une coupe
géologique prévisionnelle. Ce document emblématique du projet souterrain va
évoluer sensiblement au fur et à mesure de la progression des études, jusqu’à
devenir un outil essentiel de pilotage du chantier. L’objet du présent chapitre
est de définir quelques spécifications pour l’établissement de ces coupes
géologiques, adaptées à chaque stade d’avancement du projet.
Les différents types de coupes géologiques que l’on peut dessiner sont toutes
issues de ce modèle, par intersection avec un plan de coupe. Pour bien faire
– en particulier dans les sites à géologie complexe – il convient d’élaborer
successivement les documents suivants :
a) Une carte des affleurements et une carte géologique interprétée (voir
§ 4.1 ci-dessous) ;
b) Un Schéma géologique de principe (ou “coupe géologique conceptuelle”) :
c’est un simple dessin, clair mais sans échelle précise, qui est établi par le
géologue dès la phase Etudes préliminaires ; son but essentiel est d’expliciter
la logique géologique du site compte tenu de son histoire (genèse, tectonique,
érosion, altération…).
c) Une Coupe géologique documentaire : c’est un document de travail intermédiaire, à établir dès que l’on dispose de données de sondage et à compléter
après chaque phase de reconnaissance. On y reporte à une échelle détaillée
toutes les données factuelles disponibles : topographie, logs de sondages,
diagraphies, piézométrie, résultats d’essais, horizons géophysiques, affleurements, galeries de reconnaissance… Cette coupe s’articule avec le plan
d’implantation des sondages et éventuellement avec la carte d’affleurements.
Son objectif est de permettre la confrontation, sur un même document,
d’informations d’origine diverse, en vue d’esquisser le dessin des interfaces,
de corréler des données dans l’espace à la lumière du modèle géologique, de
déceler des valeurs aberrantes, etc.
2.1 - Du modèle géologique à la coupe géologique
Fondamentalement, toute coupe géologique dérive d’un Modèle géologique,
que l’on peut définir comme étant l’idée que l’on se fait, à un moment précis et
à partir des données disponibles, de la configuration des terrains dans
l’espace. Ce modèle est toujours une représentation approchée d’une réalité
mal connue, que le géologue interprète au mieux sur la base de ses connaissances et de ses observations ; cette interprétation est bien sûr destinée à
évoluer et à se préciser au fur et à mesure des reconnaissances. (cf. fig. 1).
Dans l’esprit du géologue, le modèle géologique est forcément une construction
en 3D. Pour le représenter, on avait recours autrefois à des coupes sériées,
exceptionnellement à des maquettes. Aujourd’hui, l’informatique permet de
donner au modèle une existence virtuelle, et de le visualiser dans tous les sens ;
en outre, elle facilite la mise en cohérence géométrique entre les données de
sondage, les affleurements et les coupes interprétatives, verticales ou
horizontales ; enfin et surtout, elle permet de superposer en 3D l’emprise des
ouvrages projetés avec la géologie. Ces avantages des modèles numériques
sont d’autant plus évidents que la géologie et les ouvrages sont géométriquement complexes.
300
“Optimistes”
“Réalistes”
“Pessimistes”
“Optimistes”
“Réalistes”
“Pessimistes”
}
}
Limites des marnes valanginiennes
Limites schistes tertiaires / calcaires et grès
de la nappe de l’Axen
Figure 1 - Exemple de représentation graphique de plusieurs hypothèses
géologiques (projet de stockage de déchets radioactifs du Wellenberg, Suisse).
d) Une Coupe géologique interprétative : sur ce document, souvent à une
échelle moins détaillée que la coupe documentaire, les données de base
peuvent être en partie gommées au profit d’informations interprétées, qui
représentent la meilleure prévision du géologue : dessin des interfaces les
plus probables (avec si possible représentation graphique de l’incertitude),
position supposée des failles, description graphique des rapports entre unités,
style des déformations ductiles ou cassantes, etc.
Afin d’éviter la perte d’information, les documents « c » et « d » peuvent être
confondus en un document unique appelé coupe géologique prévisionnelle.
2.2 - Le profil en long géotechnique
Une fois achevées les reconnaissances d’Avant-projet, il convient d’en
récapituler les résultats sur une planche synthétique appelée « Profil en long
géotechnique » (équivalent du terme « maquette géotechnique » utilisé dans
les milieux ferroviaires). Ce document est dessiné à une échelle horizontale
variable selon la complexité du site et l’avancement du projet (entre 1/10 000
et 1/2000, le plus souvent) ; il comprend deux parties :
⇒ en haut, la coupe géologique interprétative décrite ci-dessus. Elle incorpore,
sous forme graphique et avec des notes ou encadrés, toutes les informations utiles pour que les incertitudes et les hétérogénéités géologiques
soient bien mises en évidence ;
⇒ en bas, des lignes horizontales, qui décrivent au droit de chaque formation
traversée ses caractéristiques lithologiques, hydrogéologiques et géotechniques, sous forme de valeurs moyennes et de commentaires (par ex.
pourcentage d’occurrence de chaque classe de terrain, résistance moyenne
+/- écart-type, exhaure probable par ml…).
La présentation et le contenu souhaitable de ce profil en long géotechnique
ont été détaillés dans la Recommandation AFTES/GT1 de 2003 (p. 168), mais
ils peuvent varier notablement selon les sites. Dans la pratique, ce profil
en long reste l’œuvre majeure du géotechnicien du projet : il doit donc être
directement compréhensible et exploitable par les ingénieurs de génie civil
chargés de la conception et de la réalisation de l’ouvrage. L’expérience montre
qu’il deviendra leur principal outil de travail : c’est dire tout le soin qu’il faut
apporter à son dessin, aux commentaires associés et aux termes utilisés dans
sa légende.
De plus, il est recommandé d’indiquer clairement dans un encadré que « Le
présent Profil en long est un complément indissociable du Mémoire de synthèse
géotechnique dont il est l’illustration », et de faire des renvois similaires dans
ledit mémoire.
données plus ou moins fiables et plus ou moins abondantes ; elles reflètent
la compréhension par l’auteur de la géologie concernée, en cohérence avec
les données disponibles, l’environnement géologique et les connaissances
géologiques régionales (cf. Annexe 2). L’abondance et la pertinence des
données influent bien sûr de façon primordiale sur la fiabilité du document,
mais les retours d’expérience sur des contextes géologiques voisins, utilisés
pour établir ce document, augmentent cette fiabilité.
Dans le cadre de coupes géologiques destinées au génie civil, et à la différence
des coupes « académiques » plus conceptuelles, il est particulièrement important d’être précis et rigoureux sur la géométrie des couches (épaisseurs,
pendages, plis…), sur la localisation des contacts et des failles, ainsi que
sur l’incertitude attachée à cette localisation ; en effet, les conséquences de
ces incertitudes peuvent être très importantes vis-à-vis de la conception de
l’ouvrage, de son mode de construction, etc.
Le GT32 a donc formulé diverses recommandations sur la façon de représenter
la géologie (et les incertitudes associées) sur les documents utilisés en génie
civil. L’ambition est d’arriver in fine à une représentation graphique qui
permette de visualiser à la fois la connaissance et la méconnaissance des
terrains susceptibles d’être traversés par un ouvrage souterrain. D’une façon
générale, le GT 32 recommande :
• De distinguer clairement (et de conserver à part) d’une part les données
factuelles qui ont permis au géologue de dessiner une carte ou une coupe,
d’autre part les interprétations ; en effet, il pourra être utile aux autres intervenants (comme à d’autres géologues susceptibles de reprendre le projet)
de savoir à partir de quelles données la carte ou la coupe a été établie. La
meilleure façon de mettre en évidence le degré d’incertitude d’une carte ou
d’une coupe est d’y faire figurer à la fois les données factuelles sûres qui
ont servi à l’élaborer, et l’extrapolation proposée par le géologue ;
• De veiller à ne reporter sur les cartes et les coupes que des figurés ou
symboles non ambigus : il ne faut pas que ceux-ci soient considérés en
eux-mêmes comme des éléments bien localisés (et géométriquement
contraints) de la structure géologique du massif. Il s’agit en particulier des
symboles relatifs aux cavités karstiques, aux plissements, aux filons et autres
hétérogénéités, qui ne peuvent être représentés selon leur géométrie et leur
localisation précises ;
• De représenter au mieux sur les coupes, en particulier au niveau de l’ouvrage
projeté, l’incertitude liée à l’existence et à la géométrie de l’objet géologique
dessiné.
4 - Représentation graphique des données géologiques
3 - Recommandations générales
4.1 - Données à représenter sur la carte géologique
Les cartes et coupes géologiques visent à représenter de manière continue la
nature géologique du sous-sol à partir d’observations et données discontinues,
plus ou moins abondantes et éparses. Il s’agit donc de documents interprétés,
ou « modèles », qui représentent la géologie la plus vraisemblable en 2D. Les
modèles en 3D répondent à la même logique mais seront traités plus loin du
fait de leur plus grande complexité.
Une carte ou une coupe géologique est construite par le géologue à partir de
La carte géologique constitue le document de base de toute étude géologique ;
elle est indispensable pour la construction des coupes géologiques et des
modèles 3D.
Dans la cadre de travaux souterrains, la carte géologique est un document
intermédiaire peu utilisé par l’ingénieur de génie civil. Il est cependant utile
d’observer certaines « règles » dans l’établissement de ces cartes, notamment
M
301
Idéalement, toute carte géologique devrait s’accompagner d’une carte
d’affleurements, soit sous forme de document séparé (de type « carte documentaire »), soit sur la carte géologique elle-même par une distinction des
zones d’affleurements (teinte plus sombre/plus appuyée par exemple ou avec
contour spécifique), comme sur la figure 2.
nuités, dolines...) avec l’incertitude qui leur est liée (voir plus loin) ;
• En profondeur, des observations directes peuvent être faites à partir de
forages (notamment carottés) et éventuellement d’ouvrages souterrains
existants (carrières, galeries minières ou hydrauliques…) ou de galeries de
reconnaissance. Elles peuvent être très fiables pour ce qui est de l’information lithologique (à l’erreur de position près), mais moins précises pour ce
qui est des données structurales (dont la mesure en « position réelle »,
en forage ou sur carottes, est toujours lourde et délicate).
Sur la carte des affleurements devront aussi être indiqués les terrains meubles
superficiels qui peuvent avoir des conséquences sur le projet (dépôts
alluvionnaires, terrains glissés, mouvements de terrain actifs, faciès d’altération, etc.) ; de nombreux tunnels urbains sont entièrement creusés dans les
formations dites superficielles (meubles ou indurées), qui sont alors à traiter
comme toute autre formation géologique. Dans le cas des ouvrages profonds,
la représentation des affleurements de formations superficielles a son importance lorsqu’elles sont suffisamment épaisses pour masquer complètement
le substratum (leur représentation indique alors qu’aucune observation directe
sur le substratum n’a pu être obtenue en surface).
En plus des zones d’affleurement, il est utile de reporter sur la carte géologique
Par ailleurs, les observations en forage ou galerie ne sont pas forcément faites
dans le plan de coupe. Plus le forage est éloigné, plus l’incertitude liée à la
projection sur le plan de coupe augmente ; en outre, il convient de choisir la
meilleure direction de projection en fonction de l’orientation des couches, ce
qui nécessite de connaître celle-ci. Les erreurs potentielles de projection introduisent donc une incertitude supplémentaire sur la représentation des
couches. Il est donc recommandé de reporter les forages sur les coupes (avec
leur trajectoire projetée), en distinguant graphiquement (trait plein) ceux qui
sont « proches » du plan de coupe (distance à déterminer en fonction du
contexte) de ceux (tiretés) qui s’en éloignent et en précisant la distance (en
avant ou en arrière) par rapport au plan de coupe.
pour éviter toute perte d’informations en cas de changement du géologue en
charge du projet.
La où c’est possible, il est utile de rajouter au-dessus de la coupe géologique
un extrait de la carte des affleurements le long du tracé, de façon à présenter
sur un même document la localisation des données factuelles utilisées (position
des affleurements, des forages, etc.).
La géophysique (sismique, magnétisme, gravimétrie…) peut fournir des informations indirectes sur la nature et la structure du sous-sol et la position des
interfaces, à condition qu’il y ait des contrastes lithostructuraux importants.
Mais les résultats de la géophysique ne sont utilisables que s’ils sont calés sur
des sondages carottés et si la structure géologique n’est pas trop complexe ; si ces
deux conditions sont réunies, ils peuvent apporter des informations de grande
valeur sur la continuité (ou l’absence de continuité) des couches entre sondages.
4.3 - Représentation de la géologie interprétée
Figure 2 - Extrait de carte géologique interprétée avec indication des affleurements.
finale (ou au moins sur la carte documentaire) tous les points d’observation
géo-référencés (GPS) et numérotés. Des informations particulières relatives à
ce point d’observation pourront être directement reportées sur la carte (mesure
structurale par exemple). La présence de ces points d’observations sur la carte
des affleurements atteste de leur observation directe. Ces points et leur
géolocalisation devront par ailleurs être consignés dans une base de données,
ou un tableau type Excel, fournis avec les documents cartographiques.
4.2 - Données à représenter sur les coupes géologiques
Les coupes géologiques sont construites à partir de données de surface et de
profondeur :
• En surface, c’est la carte géologique qui permet de localiser les contacts,
les failles et autres données spécifiques (plissements, familles de disconti-
302
4.3.1 - Les figurés symboliques
Le choix d’un figuré sur une carte ou une coupe géologique n’est pas anodin :
• des figurés anisotropes peuvent être utilisés pour représenter l’anisotropie
des roches (alternances de bancs sédimentaires, schistosité principale…) ;
mais cette utilisation n’est justifiée que si l’on a une bonne idée de l’orientation réelle de cette anisotropie. Reporter sur une coupe une orientation
potentiellement erronée peut induire en erreur les ingénieurs utilisateurs de
la coupe ;
• la représentation de replis multiples du terrain par un figuré de plis a sans
doute moins d’implications, mais il est quand même nécessaire de préciser
s’il s’agit d’un « figuré symbolique » mettant en évidence l’existence répétée
de plis, ou s’il s’agit de plis réels observés in situ ;
• dans le cas d’une formation hétérogène, les hétérogénéités (enclaves de
taille variable, gros bancs, variations latérales de faciès, cavités karstiques)
ne seront représentés que lorsque leur présence est attestée (ou fortement
supposée) à l’emplacement où elles sont reportées. Dans le cas contraire,
la présence de ces hétérogénéités sera indiquée dans le texte de la légende,
et éventuellement par un figuré purement symbolique et non ambigu (et
localement par un signal d’alerte, cf. plus loin).
D’une manière générale, plutôt que d’utiliser des figurés potentiellement ambigus, il est préférable de différencier les formations géologiques par des couleurs « à plat » (ou des niveaux de gris) et de réserver les figurés à des cas
très particuliers. Une autre solution consiste à représenter le style tectonique
de détail dans des « zooms », entourés par des cercles, comme si l’on donnait
un coup de loupe sur une zone particulière.
4.3.2 - La légende
La légende des cartes et coupes géologiques revêt une très grande importance :
elle doit être complète, suffisamment détaillée, très soignée, et surtout cohérente avec le texte du rapport. Des renvois explicatifs avec commentaires
peuvent être utiles.
4.3.3 - Les compléments graphiques
Sur une coupe géologique (et éventuellement sur une carte), il peut être utile
d’attirer l’attention sur les caractéristiques de la roche par un panneau d’alerte
du type ci-dessous (en l’occurrence, roche très plissée selon une géométrie
mal déterminée). (fig. 3).
Figure 3 - Exemple de panneau d’alerte
Ce type de panneau d’alerte peut être utilisé pour signaler la présence locale
d’une zone très fracturée, ou très karstifiée (en complément des informations
fournies par la légende) ; ces données doivent également figurer sur les lignes
horizontales situées sous le profil en long géotechnique, avec de gros points
ou étoiles rouges pour prévenir le lecteur.
Il peut être également utile d’introduire des représentations graphiques
complémentaires sur la coupe géologique (ou sur un document séparé), par
exemple sous forme de vignettes (fenêtres « grossissantes » centrées sur
des secteurs clés) ou de coupes perpendiculaires. Des renvois à d’autres
documents (écrits ou graphiques) sont aussi encouragés.
n’ont pas tout à fait la même signification s’il s’agit d’un contour ou d’une
faille) :
a) Pour les contours géologiques, l’incertitude figurée va concerner surtout
la trace cartographique du contour (et non son existence, sauf dans certains
cas) :
⇒ Trait plein : il est réservé aux contacts directement observés sur le
terrain (ceux-ci seront mis en évidence par les affleurements reportés
ou par un point d’observation) ; l’incertitude de localisation est quasi
nulle ou négligeable à l’échelle de représentation choisie ;
⇒ Trait en tiretés serrés : le contour est dessiné avec une précision
moyenne (selon une incertitude chiffrée dépendante de l’échelle de
représentation et à préciser au cas par cas) ;
⇒ Trait en tiretés plus espacés, avec éventuellement des points d’interrogation intercalés : le contour est dessiné avec une grande imprécision,
son existence même dans la zone considérée est douteuse.
Dans certains cas, le géologue peut dessiner en tiretés plusieurs hypothèses
possibles, sur plusieurs feuilles ou sur des encadrés séparés. (cf. fig. 1).
Lorsque la présence d’une formation est douteuse, un point d’interrogation
au niveau de la formation représentée (et pas simplement au niveau du contact)
est souhaitable. Et en cas de gros doute sur la nature géologique du sous-sol,
mieux vaut ne rien dessiner du tout (zone blanche avec des « ? ») que de
proposer une géologie très vraisemblablement fausse. Cette option de laisser
des zones blanches sur les coupes doit cependant être réservée aux coupes
dessinées en phases amont, ou dans des cas extrêmes où une inconnue
majeure subsiste encore. Des méconnaissances « mineures » peuvent être
globalisées en les incluant au sein d’une formation à caractère hétérogène
dans le descriptif de cette dernière. Une alternative est de proposer plusieurs
lithologies possibles, en inscrivant plusieurs notations de roches sur fond blanc
(sur la carte), ou en dessinant plusieurs coupes distinctes (sur la coupe
géologique).
Dans le cas d’un passage progressif d’une formation à l’autre, un figuré en
pointillé peut être adopté : il ne donne pas d’information sur la précision de la
localisation (moins importante dans ce cas-là) mais uniquement sur la nature
progressive du contact.
5.1 - Utilisation de l’épaisseur des traits
b) Pour les failles, l’incertitude porte à la fois sur leur existence et sur leur
trace cartographique :
⇒ Trait plein : la faille a été vue (sur le terrain ou par imagerie
aérienne/satellitaire) ou clairement déduite (par décalage des terrains)
au moins localement, et elle est dessinée avec une bonne précision ;
⇒ Trait en tiretés serrés : l’existence de la faille est probable, et son tracé
plus ou moins précis ;
⇒ Trait en tiretés plus espacés avec des « ? » intercalés : l’existence de
la faille est hypothétique ainsi que sa trace.
Que ce soit pour les cartes ou les coupes géologiques, la représentation des
incertitudes se fait habituellement en différenciant le type de trait qui marque
les contours géologiques et les failles. Nous recommandons trois niveaux de
représentation pour chacun de ces éléments linéaires (sachant que ces niveaux
Actuellement, que ce soit pour les contours ou les failles, cette figuration
en différents types de traits est très souvent pratiquée de manière partielle
(seulement deux types de traits) ; elle est en général excessivement optimiste
(abus des traits pleins).
M
5. - Représentation de l’incertitude liée aux interfaces
géologiques
303
5.2. - Représentation de l’épaisseur des failles
L’épaisseur des zones broyées associées aux failles recoupées par un projet
de tunnel est une variable qui intéresse fortement les ingénieurs. Un figuré en
hachures croisées (croisillons) est couramment utilisé et bien adapté pour représenter ces zones broyées, lorsqu’elles sont effectivement observées (et d’épaisseur adaptée à l’échelle du document). Mais le plus souvent ces zones broyées
ne sont pas observables en surface (recouvrement par des formations superficielles). Les forages carottés sont alors le meilleur moyen de les caractériser.
La représentation de l’épaisseur des failles par un trait d’épaisseur proportionnelle à cette épaisseur ne se pose vraiment que pour les coupes à échelle
très détaillée : pour visualiser une faille de 5 m (c'est-à-dire la représenter par
une épaisseur visible minimale de 2 mm), il faut que l’échelle soit au moins
le 1/ 2500. Sinon, c’est le figuré utilisé qui pourra éventuellement permettre
de distinguer les failles « majeures » ou « mineures », voire des indications
chiffrées (sur la coupe) quant à l’épaisseur de la faille.
Mais on se doit d’être prudent en ce qui concerne la distinction faite sur certaines
cartes ou coupes entre failles majeures et mineures : du point de vue de l’ingénieur, la distinction devrait être principalement basée sur leurs caractéristiques
géotechniques, alors que le géologue cartographe s’intéresse plus à leur rôle
géodynamique. Dans le cadre des projets de tunnels, il faudra donc être clair sur
la nature et la signification des failles reportées sur les coupes géologiques.
5.3 - Représentation par les positions extrêmes des contacts
Pour bien mettre en évidence le degré d’incertitude sur les
contours et les failles, une autre solution consiste à représenter les positions extrêmes possibles (autrement dit,
ce qu’on appelle souvent la « fourchette d’incertitude »).
La plupart du temps, ce sera le géologue qui estimera
cette fourchette à partir des données disponibles à
proximité, de sa connaissance régionale et de son expérience. Cette estimation est donc interprétative mais
les interrogations du géologue sont clairement exprimées par le mode de représentation : le géologue est
tenu « de transcrire la part de doute ou d’ignorance dans
sa compréhension de la géologie souterraine », et ce
dans l’intérêt bien compris du maître d’ouvrage.
5.3.1 - Représentation des hypothèses
extrêmes
Les incertitudes et interrogations peuvent être figurées à
travers la présentation de plusieurs (généralement deux)
interprétations relativement contrastées, comme cela est
Figure 4 - Coupe géologique du tunnel sous la Manche
calculée entre les PK 7 et 10,5 ; la courbe médiane au
milieu du fuseau rouge représente la cote la plus probable
du toit de l’Argile du Gault ; la demi-largeur du fuseau
d’incertitude est égale à l’écart-type d’estimation.
304
pratiqué en Suisse. (cf. fig. 1). Ces différentes interprétations ont pu être présentées
en tant qu’hypothèses « extrêmes » (dans les limites du réalisme), ou d’hypothèses
« optimiste » et « pessimiste » que l’on peut définir, comme n’ayant que « peu de
chance » d’être dépassées de chaque côté (autrement dit, la réalité a « de grandes
chances » d’être à l’intérieur des hypothèses maximales et minimales). A noter
que cette notion de configuration géologique optimiste ou pessimiste présuppose
déjà une idée des conséquences en termes de génie civil.
Certes, la représentation d’hypothèses extrêmes ne permet pas d’intégrer la
variabilité de l’incertitude tout au long du tracé et constitue un choix limitatif
de la part du géologue ; mais ce choix a le gros avantage d’être simple, très
compréhensible, et d’attirer immédiatement l’attention. Le plus souvent, la
multitude des scénarios envisageables est quasiment impossible à représenter
sur une coupe géologique.
Il est très difficile et sans doute illusoire de vouloir quantifier la probabilité qu’a
la réalité de se trouver entre les extrêmes, sauf lorsqu’un contexte géologique
simple et des données abondantes permettent de faire une estimation géostatistique basée sur un calcul rigoureux. Dans ce cas, les hypothèses
extrêmes peuvent être assimilées aux bornes de l’intervalle de confiance compris entre (m + σ) et (m - σ), m étant la moyenne estimée et σ l’écart-type
d’estimation. La probabilité de rencontrer la réalité dans cet intervalle est égale
à 68 % lorsque la répartition des écarts suit la loi normale ; si l’on avait pris
comme bornes (m ± 2σ), cette probabilité monterait à 96 %. C’est cette
démarche qui a été utilisée pour calculer et dessiner automatiquement la coupe
géologique la plus probable au droit du tunnel sous la Manche (cf. figure 4).
5.3.2. - Autres types de représentation des incertitudes
Il est souhaitable de représenter de manière détaillée, tout au long d’une coupe,
l’incertitude relative à la localisation de chaque objet géologique (contact entre
deux couches, faille, etc.). Pour cela, il faut d’abord d’imaginer les positions
extrêmes du contact, telles qu’elles ont été définies ci-dessus. A noter qu’un
passage progressif entre deux formations peut être représenté de la même
manière. Quatre types possibles de représentation de ces positions extrêmes
sont décrits ci-après :
Représentation n° 1 : La fourchette d’incertitude est représentée sur
l’ensemble de la coupe, au niveau de chaque contact ou faille (fig. 5). La bande
d’incertitude qui en résulte peut se réduire à un trait, tant en surface
(affleurement) qu’en profondeur (par ex. au droit d’un forage ayant recoupé
un contact net entre les formations A et B).
Représentation n° 3 : On ne représente plus ici les positions extrêmes des
contacts par leur géométrie réelle en coupe verticale, mais par des signes
conventionnels reportés sur un bandeau placé sous la coupe principale. Deux
types de signes peuvent être utilisés (fig. 7) :
Type 3a : la barre d’incertitude. On reporte sur le bandeau une barre centrée
sur la position la plus probable du contact. Cette méthode permet de
représenter l’incertitude même en cas de contacts rapprochés, en décalant
légèrement les différentes barres pour qu’elles ne se chevauchent pas (quitte
à élargir le bandeau).
Ce mode de représentation peut être simplifié lorsque l’épaisseur des couches
successives est bien connue et que l’incertitude porte uniquement sur leur
position : on ne représente alors qu’une seule barre d’incertitude pour toute
la série stratigraphique.
Ce type de représentation est bien adapté lorsqu’il ne concerne que quelques
contacts, mais il peut devenir rapidement illisible en cas de multiplication
des contacts (chevauchement des bandes d’incertitude).
Barres d’incertitude sur la position des contacts
Contact A/B : position estimée la plus probable et
zone de position possible (bande d’incertitude).
Figure 5 - Représentation n° 1 : coupe géologique avec bande d’incertitude
sur la position d’un contact.
Représentation n° 2 : La représentation des incertitudes de position sur
les contacts (ou les failles) est faite uniquement à la cote du projet, sur une
« mini-coupe » placée sous la coupe principale et réduite à une étroite zone
verticale le long du tracé (fig. 6) ; l’incertitude est exprimée par une bande
plus ou moins large correspondant à la zone au niveau de laquelle l’une ou
l’autre des formations en contact peut être rencontrée.
Ce type de représentation a l’avantage de ne représenter les incertitudes qu’à
la cote du projet, car c’est bien là qu’on veut les connaître. Mais on retrouve
l’inconvénient indiqué plus haut en cas de contacts proches et/ou multiples
(chevauchement des bandes d’incertitudes).
Zones d’incertitude figurées par la limite +/- inclinée
rejoingnant les positions min et max des contacts.
Figure 7 - Représentations 3a et 3b : coupe géologique et bandeaux de position
des contacts à la cote du projet, avec barre d’incertitude (3a) ou trait oblique (3b).
Type 3b : le trait oblique. On reporte sur le haut et le bas du bandeau les
positions extrêmes du contact au niveau du projet et on les relie par un trait
oblique, dont la pente est par conséquent d’autant plus forte que l’incertitude
est faible. L’avantage de cette méthode est de bien visualiser les contrastes
d’incertitude tout au long de la coupe, et d’être applicable à des successions
de contacts géologiques même très serrés (cf. fig. 8).
Le type de représentation 3b demande à être bien explicité en légende, car
il est moins intuitif que le type 3a : l’expérience montre en effet que les gens
non initiés confondent souvent ce bandeau d’incertitude avec une coupe
géologique horizontale à la cote du tunnel, ce qui n’est pas le cas. A titre
d’exemple, on trouvera sur la figure 8 un extrait de coupe géologique prévisionnelle avec représentation de l’incertitude par traits obliques.
Contact A/B : position estimée la plus probable et bande d’incertitude.
Figure 6 - Représentation n° 2 : coupe géologique verticale et « mini-coupe »
à la cote du projet avec bande d’incertitude.
M
305
devrait être illustré par le profil géologique en long, une ou
plusieurs coupes transversales et une coupe horizontale à la cote
du projet.
L’ensemble de ces coupes constitue une représentation plus
complète, par rapport au profil en long seul, du modèle géologique
du projet ; cependant, ces coupes restent une représentation discontinue de la géologie en 3D. Dans un tel modèle, la représentation des incertitudes sur les contacts pourra se faire sur chacune
des coupes géologiques, selon les procédures exposées plus haut.
Figure 8 - Exemple de coupe géologique prévisionnelle avec
représentation de l’incertitude par traits obliques.
5.3.3 - Cas des contacts tangents au plan vertical du tracé
d’un projet linéaire
Les représentations précédentes sont adaptées pour des contacts faisant un
angle assez fort avec le plan vertical du tracé, contacts qui seront de toute façon
recoupés par le projet. Dans le cas de contacts tangents à ce plan, l’incertitude
sur un contact peut impliquer que celui-ci sera ou ne sera pas recoupé par le
projet. Deux moyens peuvent rendre compte de cette incertitude :
• en joignant une coupe horizontale (éventuellement réduite à un bandeau
étroit) à la coupe verticale, sur laquelle le caractère tangent du contact (avec
éventuellement sa bande d’incertitude) apparaîtra clairement ;
• et/ou en indiquant les autres formations qui peuvent être traversées si le
contact n’est pas recoupé par le projet : le schéma de la figure 8 bis illustre
cette possibilité , en association avec une représentation de type « Trait
oblique ».
Incertitude sur la position des contacts
PK 9
Pk maximum
jmCM
Pk minimum
Autres formations possibles
jmC, I, tsD, tGsb
Degré de confiance sur la
présence de la formation :
1-élevé, 2-moyen, 3-faible
Figure 8 bis - Schéma de représentation d’une formation pouvant ou
non être traversée (de type « Trait oblique »).
5.4 - Représentation des incertitudes dans l’espace 3D
Pour les projets d’ouvrages linéaires, la représentation de la géologie en 3D
se fait le plus souvent à partir de plusieurs coupes 2D sécantes entre elles,
afin d’une part de bien visualiser la géologie autour du projet, d’autre part
d’assurer la cohérence géométrique de l’ensemble. Idéalement, chaque projet
306
Des tentatives pour représenter de manière à peu près continue
la géologie en 3D ont toujours existé à travers la réalisation
manuelle de blocs-diagrammes, mais c’est l’avènement du numérique qui a permis de rentrer vraiment dans la modélisation et la
représentation géologique continue en 3D. Depuis la fin du
vingtième siècle, des logiciels de modélisation 3D sont apparus
et se développent régulièrement : leur utilisation est amenée très certainement
à se développer au fur et à mesure que leurs potentialités et leur facilité
d’utilisation vont progresser.
Cependant, un travail de modélisation 3D restera toujours une opération complexe et dans le cas d’ouvrages linéaires, il est probable que la modélisation
3D restera limitée à des secteurs ciblés, soit du fait d’une géologie complexe,
soit du fait de la complexité variable des ouvrages de génie civil. La modélisation numérique 3D est avant tout un outil qui permet de vérifier la cohérence
des données et des interprétations, et de proposer de nouvelles interprétations.
Dans le cas de projets qui concernent non pas un linéaire mais un volume
souterrain (sites de stockage souterrain, cavernes hydroélectriques, gares
souterraines…), il est utile et il sera de plus en plus demandé de modéliser
et représenter en 3D l’ensemble de la zone concernée.
La représentation graphique des incertitudes sur les contacts pour l’ensemble
d’une zone modélisée en 3D ne peut plus se faire sous forme de bandes
d’incertitude, limitées par construction au 2D. Il faut donc concevoir une
représentation sous forme d’une zone volumique d’incertitude le long des
contacts, limitée par les positions extrêmes estimées de ces contacts. Pour
plus de lisibilité du modèle, cette représentation doit être restreinte aux
contacts considérés comme majeurs du point de vue de l’incidence géotechnique. Là aussi, on peut choisir de représenter les positions extrêmes
plausibles des contacts majeurs sur des modèles séparés.
D’autres modes de représentation 3D de l’incertitude sont également possibles
dans le cas où l’on utilise des méthodes de modélisation « stochastiques ».
Dans ce cas on construit automatiquement via le logiciel de modélisation n
modèles géologiques, tous compatibles avec les données, mais constituant
autant de variantes possibles de la réalité. Si l’on traduit ces modèles en termes
de voxels, on peut calculer pour chaque cellule 3D la probabilité d’être dans
une formation donnée. On a ainsi accès à une représentation volumique de
l’incertitude. On peut par exemple représenter l’ensemble des cellules 3D qui
ont une probabilité >80% d’être dans une formation F, ce qui délimite un objet
3D qui peut être de forme très complexe.
Annexe 4 - Incertitudes et risques hydrogéologiques
Pour les travaux souterrains, les principaux aspects hydrogéologiques à prendre
en compte, comme sources potentielles d’incertitude ou de risque, concernent :
• Les caractéristiques hydrogéologiques du massif rocheux, notamment sa
perméabilité ;
• Les caractéristiques des eaux souterraines (composition chimique, température, etc.) ;
• La charge hydraulique à la cote de l’ouvrage ;
• Le débit d’exhaure prévisionnel, avec l’impact des venues d’eau sur les
opérations de creusement et la gestion des eaux d’exhaure ;
• Les aspects environnementaux (impact des ouvrages sur les sources et les
réseaux superficiels, risque de tarissement de ces derniers, risques de
pollution à l’aval, etc.).
1 - Caractéristiques hydrogéologiques du massif
La perméabilité en grand du massif et en particulier celle des différents lithotypes présents au droit de l’ouvrage peut représenter une source d’incertitude
et de risque importante, car elle influe directement sur la prévision du débit
des venues d’eau pendant le creusement.
Il est donc important de distinguer et de caractériser les différentes unités
hydrogéologiques en fonction de la perméabilité des terrains. Les méthodes
pour mesurer ces perméabilités ont été décrites dans la recommandation du
GT1 « Caractérisation des massifs rocheux utile à l’étude et à la réalisation
des ouvrages souterrains » [1].
Les sources d’incertitude et de risque les plus importantes sont liées à une
mauvaise connaissance des valeurs de perméabilité ou à une variation de ces
valeurs au sein du massif. L’incertitude relative à la perméabilité et à sa variation au sein d’un même lithotype doit être bien indiquée et représentée dans
les profils géotechniques et dans le Mémoire de synthèse géotechnique.
Un exemple de représentation des variations de perméabilité des unités
hydrogéologiques est présenté sur les figures 9 et 9 bis.
Pour une analyse des risques pertinente, il est nécessaire d’évaluer les effets
liés à une mauvaise évaluation de la perméabilité et de définir les dispositions
permettant de réduire ces effets (investigations et essais de perméabilité complémentaires, équipements spécifiques dans le tunnel, traitement préalable
des terrains, etc.).
2 - Caractéristiques chimiques et physiques des eaux
souterraines
Les principales caractéristiques chimiques et physiques des eaux souterraines
comprennent :
• La composition chimique des eaux, dont dépend leur comportement vis-à-vis
des matériaux ;
• Les valeurs de température, notamment en présence d’eaux hydrothermales
ou de gradients thermiques élevés (tunnels profonds).
Les incertitudes et les risques correspondants sont liés principalement à la
détermination des valeurs de ces caractéristiques, les essais pour déterminer
ces paramètres étant le plus souvent peu nombreux pour des raisons de logistique (nécessité de forages profonds, échantillonnage difficile, etc.).
Les principaux risques sont les suivants :
• En ce qui concerne la composition chimique des eaux :
- L’agressivité vis-à-vis du béton liée par exemple à la présence de
sulfates, magnésium, ion ammonium, CO2 libre, dureté ;
- L’agressivité vis-à-vis de l’acier (saturation en O2, rapport HCO3/Ca,
pH, indice Larson) ;
- Le pouvoir incrustant (indice de saturation en CaCO3), particulièrement
important pour la conception du système de drainage du tunnel.
• En ce qui concerne les valeurs de température, notamment pour les eaux à
température élevée :
- L’impact des eaux d’exhaure sur l’environnement ;
- Les difficultés liées à la nécessité d’évacuer séparément les eaux les
plus chaudes.
Pour mieux appréhender ces risques, il doit être prévu dès la phase de conception une étude approfondie de la
ressource en eau (campagne de
prélèvements d’eau pour analyses
chimiques, suivi mensuel des
caractéristiques physiques telles
que débit, température et conductivité des points d’eau), et en phase
Figure 9 - Exemple de représentation
des variations de perméabilité des
unités hydrogéologiques.
M
Fondamentalement, l’Hydrogéologie (c'est-à-dire l’étude des eaux souterraines) fait partie intégrante de la Géologie de l’ingénieur au sens large et elle
en est même un élément essentiel.
307
- La quantification des valeurs de perméabilité et de charge hydraulique
du massif rocheux par des essais type Lugeon ou « slug test » entre
packers ;
- L’installation de cellules piézométriques à différentes profondeurs, pour
mesurer la charge dans le massif à différents niveaux et identifier la
présence éventuelle de nappes différentes.
4 - Débit d’exhaure
Vu l’impact des venues d’eau à fort débit et/ou à forte pression sur les
opérations de creusement, ainsi que sur la gestion des eaux d’exhaure (débit
instantané, temporaire et permanent), les incertitudes liées à ce facteur
peuvent être à l’origine de risques importants.
Fig 9 bis - Répartition statistique des perméabilités mesurées en sondage dans la
Craie Bleue du Cénomanien (Tunnel sous la Manche).
travaux un contrôle systématique des caractéristiques des eaux. Il faut pouvoir
adapter en temps voulu les méthodes d’exécution et prévoir les mesures préventives à mettre en œuvre pour limiter les impacts ; dans certains cas, des
mesures de compensation doivent avoir été étudiées à l’avance afin d’être
prêt à les mettre en œuvre dans les plus brefs délais, en cas de perturbation
avérée de la ressource en eau.
3 - Charge hydraulique
La valeur de la charge hydraulique à la cote de l’ouvrage représente une des
données les plus importantes vis-à-vis de la conception de l’ouvrage
lui-même.
Dans le cas des tunnels superficiels (on considère comme superficiels les tunnels avec une couverture et donc une charge hydraulique inférieure à 20 m),
l’impact lié à l’incertitude sur la charge peut être considéré comme mineur.
Par contre, pour ce qui concerne les tunnels profonds, cet aspect revêt une
importance majeure : la détermination de la charge hydraulique peut
représenter un des objectifs principaux des reconnaissances.
Les incertitudes concernant la charge hydraulique sont principalement liées
aux facteurs suivants :
• L’incertitude liée à la définition des caractéristiques structurales du massif,
notamment des caractéristiques hydrauliques des discontinuités et du degré
d’interconnexion de ces discontinuités ;
• Les variations de la perméabilité dans le massif, liées notamment aux
structures principales (zones de faille et/ou de fracturation).
Pour réduire le degré d’incertitude, il est indispensable de prévoir une
campagne de reconnaissance spécifique pour la détermination des caractéristiques hydrogéologiques du massif, en particulier :
- La mise en place d’un réseau de suivi de la ressource en eau en surface,
y compris essais de traçage pour comprendre les circulations aquifères ;
308
Différentes méthodes sont disponibles pour estimer les valeurs du débit, lié
principalement à la perméabilité du massif, à la charge hydraulique et accessoirement à la section de creusement.
Ces informations doivent être clairement indiquées sur les lignes horizontales
du profil en long géotechnique (§ Annexe 3). Elles peuvent être avantageusement complétées par :
• l’estimation des débits instantanés attendus au front de taille ;
• l’estimation des débits spécifiques stabilisés à l’arrière du front (exprimé
par exemple en l/s/100 m de tunnel ou l/min/10 m de tunnel) ;
• la mise en évidence des points critiques (zones à très fort débit) ;
• l’estimation des conditions de recharge de la nappe (venues d’eau pérennes
ou destinées à drainer progressivement le massif).
Dans le processus d’analyse des risques, l’eau à elle seule n’est que rarement
un problème crucial : les seuls impacts sont alors la gêne apportée aux travaux,
le règlement d’indemnités éventuelles suite au tarissement de points d’eau,
la pose de conduites supplémentaires, le pompage et le traitement des eaux
d’exhaure, etc. Ces impacts sont plus importants en cas d’interception
d’un conduit karstique majeur et dans le cas de creusement en attaque
descendante.
Enfin, les effets néfastes de l’eau peuvent être fortement amplifiés en cas de
conditions géotechniques défavorables (terrains incohérents susceptibles
d’être soutirés, terrains très perméables sous faible couverture, etc.).
5 - Aspects environnementaux
Les risques pour l’environnement liés à la gestion des eaux d’exhaure pendant
le creusement des tunnels sont nombreux, mais le but de la présente Recommandation n’est pas de les décrire et de les analyser en détail. Il faut toutefois
souligner que ces risques doivent être clairement analysés et pris en compte
pendant les différentes étapes du projet, notamment vis-à-vis :
⇒ de l’impact des travaux et des ouvrages définitifs sur les sources et
autres points d’eau utilisés pour l’alimentation en eau du voisinage
(risque de tarissement) ;
⇒ de l’impact des ouvrages sur les cours d’eau superficiels (risque de
pollution).
Annexe 5 - Incertitudes et risques liés aux paramètres géotechniques
Les incertitudes géotechniques dans les projets d’ouvrages souterrains
peuvent être classées en deux catégories principales :
• Les incertitudes géotechniques qui dérivent des incertitudes du modèle
géologique ;
• Les incertitudes liées à l’indétermination ou à la variabilité des paramètres
géotechniques des unités géotechniques identifiés.
1 - Comment transposer l’incertitude géologique
sur le profil géotechnique ?
Comme le profil en long géotechnique se base lui-même sur la coupe géologique interprétative (cf. annexe 3), il doit pouvoir retranscrire les incertitudes
géologiques concernant :
• la position des contacts entre les différents lithotypes et donc entre les
différentes unités géotechniques,
• la présence/absence de zones de faille ou d’autres points critiques,
• la présence éventuelle de lithotypes (et d’unités géotechniques) différents
de ceux prévus.
L’incertitude sur la présence d’une faille peut être figurée sur le profil en long
géotechnique de la même manière que sur la coupe géologique, par des types
de trait spécifiques (tiretés).
L’existence possible de lithotypes différents de ceux prévus peut être représentée sur les lignes horizontales sous le profil géotechnique en élargissant
les caractéristiques géotechniques aux lithologies alternatives qui peuvent être
rencontrées dans la zone concernée.
En ce qui concerne la position des contacts géologiques, la limite entre deux
tronçons de qualité géotechnique contrastée est généralement localisée de
façon précise, sans tenir compte de l’incertitude sur le contact qui marque le
contraste géotechnique et qui est éventuellement figurée sur la coupe géologique (représentation 1 de la figure 10).
Un moyen de remédier à cette lacune serait de prévoir, au niveau des « lignes
horizontales », une zone de transition équivalente à la zone d’incertitude
sur la position du contact géologique (représentation 2 de la figure 10). Les
caractéristiques géotechniques QAB (« Q » pour « qualité ») de cette zone de
transition seraient équivalentes à celles de l’une (QA) ou de l’autre (QB) des
formations en contact (les deux hypothèses doivent être prises en compte).
Ce type de représentation serait valable pour tout type de propriétés des
terrains (hydrogéologie, géomécanique …) et s’appliquerait aussi à une faille
de position incertaine (la zone de transition figurerait la zone de localisation
possible de la faille). Une autre solution consiste à reporter dans les lignes
de caractéristiques géotechniques la barre d’incertitude du contact entre les
différentes unités géotechniques.
Comme pour les coupes géologiques, les incertitudes géologiques peuvent
également être transcrites sur le profil géotechnique en représentant plusieurs
profils alternatifs intégrant différentes hypothèses, favorables ou défavorables
d’un point de vue géotechnique. Ce type d’approche est intéressant parce qu’il
permet de développer les étapes d’analyse suivantes (analyse du risque,
analyse des coûts du projet par analyse probabiliste telle que le système DAT,
etc.), et ce pour chacun des scénarios identifiés ; il permet donc de confronter
l’impact technique et économique de ces différents scénarios. Cependant,
l’inconvénient de ce type de représentation, on l’a vu, est de ne pas pouvoir
prendre en compte les multiples combinaisons d’hypothèses interprétatives
de la géologie.
2 - Comment représenter les incertitudes liés
à la variabilité des paramètres géotechniques
Ce type d’incertitude concerne directement la définition des paramètres
géotechniques fondamentaux pour la caractérisation du massif et des
sous-ensembles homogènes du point de vue géotechnique (« unités
géotechniques »), ainsi que les paramètres qui peuvent influencer le comportement du massif.
2.1 - Conséquences de l’incertitude sur les paramètres
Caractéristiques
géotechniques :
Représentation 1
Représentation 2
Figure 10 - Exemple de représentation de l’incertitude liée au contact entre
deux unités géotechniques de caractéristiques différentes.
M
Barre d’incertitude sur la
position du contact A/B
Les paramètres concernés ont été décrits en détail dans les Recommandations
du GT1 « Caractérisation des massifs rocheux utile à l’étude et à la réalisation
des ouvrages souterrains » [1] et du GT 7 « Le choix des paramètres et essais
géotechniques utiles à la conception, au dimensionnement et à l’exécution
des ouvrages creusés en souterrain ». Pour chaque catégorie de paramètres,
les incertitudes peuvent avoir les conséquences suivantes :
⇒ les paramètres d’identification (poids volumique, teneur en eau, porosité, limites d’Atterberg, granulométrie, état d’altération, etc.) : les
sources de risque liés à l’indétermination/variabilité de ces paramètres
comprennent, entre autres, le comportement du massif pendant le
creusement, le choix d’un type de tunnelier (pression d’air/de boue/de
terre) et de la stratégie de confinement du front, le processus de marinage, le type de traitement du terrain, etc. ;
309
⇒ les paramètres mécaniques : paramètres de résistance (résistance à
la compression uniaxiale, résistance à la traction, cohésion, angle de
frottement), paramètres de déformabilité (module élastique, coefficient
de Poisson). Les risques peuvent être liés à la prévision du comportement du massif pendant le creusement, au choix et à la distribution
des profils types, etc. ;
⇒ les paramètres des discontinuités (orientation, espacement, extension,
rugosité / ondulation, altération des épontes, ouverture, nature du
remplissage, présence d’eau). Ces paramètres sont déterminants pour
évaluer la résistance globale du massif à partir des valeurs de la roche
intacte. En conséquence, une indétermination sur les paramètres
des discontinuités implique une forte incertitude sur la définition de la
résistance du massif et donc de son comportement au creusement ;
⇒ paramètres d’excavabilité (dureté, forabilité, abrasivité, fragmentabilité,
dégradabilité, etc.) : ces paramètres influent directement sur les conditions d’abattage de la roche. Les risques liés à ces paramètres comprennent par exemple l’équipement d’une tête de coupe avec des outils
non adéquats, la nécessité d’un changement des outils plus fréquent
que prévu, une puissance de la machine insuffisante, une valorisation
des matériaux différente par rapport aux prévisions, etc.
2.2 - Représentation des incertitudes
sur le profil en long géotechnique
Rappelons d’abord que les paramètres géotechniques – du moins les principaux d’entre eux – doivent être représentés par des valeurs moyennes, par
des valeurs représentatives de leur dispersion, mais aussi par une valeur caractéristique qui doit être déterminée pour chaque unité géotechnique (cf. GT1,
GT7 et GT32.1). En conséquence, l’incertitude liée aux valeurs des paramètres
géotechniques peut être illustrée de plusieurs façons sur les lignes horizontales
du profil en long :
⇒ Par l’indication de la valeur caractéristique ;
⇒ Par une variation possible, en plus ou en moins, par rapport à la valeur
caractéristique ; cette variation peut être exprimée en valeur absolue
(par exemple 25 ± 5 MPa) ou en pourcentage (25 MPa ± 20%) ;
⇒ Par une fourchette de valeurs, dans le cas où une estimation de la
valeur caractéristique n’est pas possible ou n’est pas considérée
comme suffisamment fiable ;
⇒ Par des indications complémentaires dans le rapport de synthèse,
notamment sur le nombre et la répartition statistique des valeurs mesurées, sur leur dispersion par rapport à la valeur moyenne, etc.
Annexe 6 - Récapitulation des sources de risque
Après examen, l‘AFTES a considéré qu’il serait illusoire, voire dangereux, de
vouloir dresser une liste quasi exhaustive de tous les risques possibles liés
au sous-sol et susceptibles d’affecter un projet d’ouvrage souterrain. En effet,
le danger serait qu’une telle liste soit utilisée « mécaniquement » comme une
check-list, qui dispenserait le projeteur de réfléchir sur les conditions géotechniques du projet et l’inciterait à oublier que chaque ouvrage souterrain est une
sorte de prototype.
Nous avons cependant rassemblé dans le tableau ci-après, qui n’est bien sûr
pas exhaustif, les sources de risques géotechniques les plus fréquentes en
tunnel. Ce tableau est basé sur la description des massifs rocheux recommandée
310
par le GT1 de l’AFTES. Il donne dans la colonne « Exemples » une liste non
limitative de configurations géologiques conduisant souvent à l'apparition de
risques, parce que les paramètres géotechniques concernés sont variables,
multiples et/ou difficiles à déterminer précisément.
L'attention est tout particulièrement attirée sur les sources de risques
d'origine anthropique, qui sont des sources de risques fréquentes et souvent
méconnues, car les éléments nécessaires à une bonne prévision ne sont pas
facilement accessibles, leur trace documentaire est le plus souvent inexistante
ou inaccessible, et leur répartition parfois plus aléatoire que celle des phénomènes géologiques naturels.
Tableau des sources de risques
(classées suivant la Recommandation du GT1 de l’AFTES)
Domaine
de recensement
Sources de risque
Paramètres
Exemples d'évènements
Résistance
Alternance marnes/calcaires, terrains volcaniques ou volcano-sédimentaires, Altération inattendue
(météorique ou hydrothermale), etc.
Cohésion
Faciès pulvérulents dans formation cohérente (lentille sableuse dans un grès), Poche de karst
à remplissage argileux, Niveau de cendres/tufs dans des terrains volcaniques indurés, etc.
Dureté
Silex dans la craie, Filons de quartz dans des schistes métamorphiques, etc.
Abrasivité
Abrasivité excessive de la roche : Quartzite, Grès très dur, Granitoïde riche en quartz, Filons isolés, etc.
Évolution
Matériau évolutif
Gonflement ou délitage des matériaux après excavation (argile gonflante), Minéraux d’origine
hydrothermale, etc.
Autre ...
...
...
Classe d'orientation
(OR)
Modification de la géométrie des discontinuités, d’origine tectonique (bloc basculé, rejet, plis, etc.)
ou sédimentaire (modification de la stratification, etc.)
Densité de
discontinuités (ID)
Zone fracturée, Bande ou zone de cisaillement, etc.
...
...
Perméabilité
Venue d'eau importante allant jusqu’à l’inondation, Débourrage hydraulique, Tarissement des sources
Charge hydraulique
Charge de nappe élevée par rapport aux prévisions.
Granularité
Bloc rocheux inclus dans une formation meuble, Bloc erratique dans une formation fluvioglaciaire, etc.
Contraintes
Variation des classes CN 1 à CN3, Anisotropie de contraintes dans le massif rocheux, Décompression,
Convergence, etc.
Géométrie des
contacts
Variation de l’épaisseur des couches, Vallée fossile, Cavité karstique vide ou remblayée,
Approfondissement du niveau d’altération météorique, Remontée du substratum sous les formations
superficielles meubles, etc.
Caractéristiques
physico-chimiques
de l'eau
Agressivité des eaux souterraines, Phénomènes de colmatage chimique, Développements bactériens,
Pollution des eaux superficielles, etc.
...
...
Gaz
Émanations de gaz nocifs (H2S, CO2) et/ou consommation de l’oxygène (pyrites) pouvant induire
l’asphyxie, Présence de gaz explosifs (CH4), etc.
Contraste
La matrice
Les discontinuités
Changement à l'échelle
du front
Autre ...
Contraste
Le massif
(Sol ou Roche)
Variation
Autre ...
Contraste
Cohésion/Perméabilité/
Tassements en surface, Endommagement du bâti en surface
Granularité
Autre
Évolution
Matériau de nature
spécifique et évolutif
(gestion du marin)
Amiante, Radioactivité (présence de radon), Présence de particules siliceuses, Production d’acide
sulfurique par altération de pyrites, etc.
Autre
Origine anthropique
Vestiges archéologiques, Fondations anciennes, Palplanches Pieux, Tirants, Carrières souterraines
abandonnées, Fossés et douves remblayés, Bombes, Sol pollué, Fragilité du bâti de surface, etc.
...
...
...
M
Le respect
de la sécurité et
de l'environnement
311
Annexe 7 - Méthodes de quantification des risques
1 - Quantification des conséquences
3 - Détermination du niveau de risque
Comme recommandé au paragraphe 3.2.3b du texte principal (rôle du concepteur et du maître d’ouvrage), il appartient au maître d’ouvrage de définir les
critères destinés à évaluer l’acceptabilité du risque.
Pour une approche quantitative, on peut proposer par exemple de multiplier
la vraisemblance V (exprimée sous forme d'une valeur numérique comprise
entre 0 et 1) par le coût estimé C du traitement des conséquences. Le niveau
de risque R = V x C associé à un événement peut alors incorporer plusieurs
types de conséquences, éventuellement pondérées, telle que :
C = αC1 (délai) + βC2 (coût) + γC3 (objectif autre)
Pour chacun des objectifs visés par le maître d’ouvrage, il est recommandé
que l'impact des conséquences soit hiérarchisé suivant un barème de 1 à 4,
comme l'illustre le tableau ci-dessous :
Note pour
Echelle des
la matrice
conséquences
des risques
Délai (1-2),
exprimé en
dépassement
Coût (2),
exprimé en
dépassement
Image (2),
exprimé en rayonnement
dans les médias
4
Très fortes
t > 3 mois
C > 50%
Monde
3
Fortes
1 mois < t < 3 mois
10% < C < 50%
Continent
2
Moyennes
1 semaine < t < 4 s
5% < C < 10%
Pays
1
Faibles
t < 1 semaine
C < 5%
Local
A chacune de ces notes (1 à 4) correspond un qualificatif, ainsi que des intervalles de valeurs pour quantifier la gravité des conséquences vis-à-vis des
objectifs. Il va de soi que pour un même évènement, le degré de gravité peut
être différent d'un objectif à l'autre.
Par exemple, pour la rencontre d’une faille, il faudra en imaginer les caractéristiques : puissance, orientation, nature des matériaux de remplissage, importance des venues d'eau associées, etc. Plusieurs hypothèses pourront être
faites quant à ces caractéristiques.
A partir de ces nouvelles données, le projeteur définira ultérieurement le
traitement à appliquer (cf. § 3.3 « Traitement du risque »). Néanmoins, pour
être en mesure d'évaluer l'impact du risque considéré, le projeteur devra, sur
la base de ces nouvelles données, déterminer en fonction des dispositions
constructives prévues, les conséquences diverses en terme de coût et de délai
et hiérarchiser ces conséquences.
2 - Quantification de la vraisemblance
En pratique, comme pour les conséquences et comme indiqué sur le tableau
ci-dessous, la vraisemblance peut être hiérarchisée selon 4 classes, notées
de 1 à 4 et correspondant à quatre plages de valeurs de probabilité.
312
Note
pour la
matrice
Échelle
de vraisemblance
Probabilité indicative,
à moduler en fonction
du projet étudié
4
Possible
1/5 = 20 %
3
Peu probable
1/20 = 5 %
2
Très peu probable
1/50 = 2 %
1
Improbable
1/200 = 0,5 %
A ces appréciations qualitatives correspondent des valeurs numériques variant
de 1 à 4 pour la vraisemblance comme pour les conséquences. La combinaison
de ces valeurs conduit alors à une matrice carrée du type de celle présentée
ci-après, où le niveau du risque peut être exprimé qualitativement via le produit
des deux notes (c’est cette matrice qui donnée à titre indicatif au § 3.2.3 du
texte principal).
Matrice des risques
Vraisemblance
(1) les dépassements de délai sont indiqués pour un projet d’une durée de l’ordre d’un an.
(2) valeurs indicatives : à adapter en fonction du projet.
Autres
Pour une approche qualitative, il peut être
proposé une présentation matricielle avec la
vraisemblance et les conséquences exprimées
de manière qualitative :
• possible, peu probable, très peu probable et
improbable pour la vraisemblance ;
• faibles, moyennes, fortes, très fortes pour les
conséquences.
Possible
4
8
12
16
Peu probable
3
6
9
12
Très peu probable
2
4
6
8
Improbable
1
2
3
4
Faibles
Moyennes
Fortes
Très fortes
Conséquences
On trouvera ci-après un exemple de calcul du niveau de risque, construit à
partir des tableaux de valeurs proposés pour quantifier les conséquences (§ 1)
et la vraisemblance (§ 2). Soit un événement redouté A, présentant une vraisemblance de 1/20 et des valeurs de conséquences de 18 M€, soit environ
15 % du montant total du coût de construction et de 4 mois de dépassement
de délai ;
• les tableaux de correspondance ci-dessus donnent une valeur de vraisemblance de 3 et des valeurs de conséquences de 3 (fortes) pour le coût et de
4 (catastrophique) pour le délai ;
• La détermination du niveau de risque NR donne ainsi 9 pour le coût et 12
pour le délai, résultats à comparer aux valeurs des critères d'acceptabilité
retenues par le maître d’ouvrage (cf. § 3.2.3 du texte principal : Évaluation
du risque).
A noter qu'il aurait également été possible de déterminer directement le produit
Vraisemblance*Conséquences (18 M€ x 0,15 ou 4 mois x 0,15), et de comparer le résultat à une grille d’acceptabilité établie en valeur absolue.
4 - Autres représentations du niveau de risque
4.1 - Méthode probabiliste de type DAT
(Decision Aid for Tunnelling)
© Laboratoire de Mécanique des Roches,
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (LMR-EPFL)
Outre la matrice des risques avec cases colorées en fonction du niveau
de risque, le niveau de risque peut être représenté graphiquement sur un
diagramme synthétique, donnant la répartition statistique des coûts et des
délais possibles de réalisation de l’ouvrage. Cette représentation est l’un des
résultats les plus explicites de l’application de la méthode DAT (Decision Aid
for Tunnelling), système développé à l’origine par le MIT et l'EPFL, puis par
Geodata à Turin. Le maître d’ouvrage peut ainsi visualiser une fourchette
coût/délai de réalisation de son ouvrage en fonction de la variabilité déterminée
pour chacun des paramètres géotechniques retenus.
à l'élaboration du modèle géologique. Cette démarche s'inspire de celle de la
méthode R-index.
L’analyse du modèle géologique permet d’attribuer à chaque tronçon du tunnel
une note caractérisant sa complexité géologique (Cx). La note est d'autant plus
faible que la complexité du modèle géologique est grande. La fiabilité des informations issues de tous les types de reconnaissances qui ont servi à élaborer le
modèle géologique est mentionnée sous la forme d'une note (Fi), dépendant de
la nature et de la proximité des sources de connaissance. La note est d'autant
plus basse que le niveau de fiabilité des informations est faible. Le niveau de
connaissance est obtenu par le rapport de la fiabilité des sources de connaissance et de la complexité du contexte géologique (NC = Fi / Cx).
Élaboré de cette manière, le niveau de connaissance est ainsi justifié en tout
point du tunnel et peut être modifié aisément lors de
l'intégration de nouvelles données dans le modèle, suite
à des reconnaissances ultérieures.
Dans un second temps, après un recensement des événements redoutés et de leur localisation le long du profil
en long en fonction du pas d'analyse, la vraisemblance
de chaque événement est estimée de manière qualitative. Cette méthode repose sur la qualité d'expertise du
concepteur et est liée au niveau de connaissance du
site. Le niveau de connaissances (NC) est intégré à la
vraisemblance dans le calcul du niveau de risque.
Figure 11 - Exemple de diagrammes de simulation du coût et
du délai de construction d’un tunnel, réalisés avec la méthode DAT.
4.2 - La méthode de monétarisation des risques géotechniques
Cette méthode, développée au CETU, vise à monétariser les risques géotechniques
et à les représenter graphiquement sur le profil en long géotechnique [16], [18].
Cette méthode discrétise le modèle géologique et présente les résultats du management des risques, à savoir le niveau de connaissance (NC) et la provision pour
risques (PR), en fonction d'un pas d'analyse.
Dans un premier temps, un indice du niveau de connaissance (NC) est défini. Il
représente une mesure de la complexité du contexte géologique, ainsi
que de la pertinence et de la fiabilité des sources d'information qui ont servi
Puis, pour chaque événement redouté qui a été identifié,
on estime de façon réaliste les conséquences financières de l’évènement en se basant sur une description détaillée de celui-ci.
La détermination du niveau de risque pour chaque pas d’analyse correspond
à la somme des produits (vraisemblance x conséquence) de tous les événements.
Le mode de représentation proposé facilite la mise en évidence des résultats
les plus marquants ; ainsi, sur la figure 11, on voit tout de suite les secteurs
du tunnel où le niveau de connaissance NC (représenté par une courbe) est
faible et où la provision pour risques PR (en histogramme) est élevée. Ces
graphiques synthétiques, qui restituent bien la démarche de management des
risques, sont à lire de manière combinée entres les deux paramètres NC et
PR. La localisation des risques principaux à l'échelle du projet est alors aisée.
Figure 12 - Exemple de représentation synthétique des risques géotechniques sur un profil en long.
M
313
5 - Registre des risques
On trouvera ci-dessous une présentation possible du tableau récapitulatif du
processus de management des risques. Pour chaque risque pris individuellement (représenté par une ligne), il convient de renseigner les diverses
colonnes qui représentent les tâches successives du processus. Un tel tableau
est par nature évolutif, et il peut arriver qu’un risque donné soit supprimé en
cours de projet, du fait de l’adoption de mesures constructives adaptées pour
Phases de conception
Date :
Risque
Identification
Études Préliminaires
Études d'Avant Projet
Source
de risque
Vraisemblance
le traiter. Cependant, les versions successives du tableau doivent absolument
être conservées afin d’assurer la traçabilité du processus d’identification et
de traitement des risques.
Lors de l’établissement du Plan de management des risques, le tableau doit
être complété par des colonnes supplémentaires, non figurées ici, consacrées
à l’affectation des risques entre les parties contractantes, ainsi qu’au mode
de rémunération de leur traitement et des leurs conséquences.
Études de Projet
DCE
Conséquences
Niveau
de risque
Mise au Point du Marché
Traitement
préventif
Niveau de risque
Méthode
résiduel
de détection
Traitement
curatif
Risque 1
Risque 2
…
La phase de conception est précisée en cochant la case correspondante. Le contenu du tableau, à renseigner à chaque analyse de risque, est explicité ci-après
en détaillant le libellé de chaque colonne.
Identification : Texte libre décrivant au mieux le risque identifié après analyse du contexte spécifique à l'ouvrage considéré : géologie, hydrogéologie, géotechnique,
environnement, avoisinants, etc.
Source de risque : Référence à un ou plusieurs « types d'évènements », tels que ceux définis dans le tableau de l’annexe 6
Vraisemblance : Expression qualitative avec 4 niveaux.
Conséquences : Description détaillée des conséquences possibles en cas d'occurrence de l'évènement redouté, sous la forme de plusieurs scénarios quant aux
conditions de réalisation susceptibles d'être rencontrées, avec éventuellement pour chaque scénario un indice de gravité exprimé qualitativement avec 4 niveaux.
Niveau de risque : Résultat de la combinaison de la vraisemblance et de la gravité des conséquences, avec éventuellement un indice d'importance exprimé
quantitativement (note de 1 à 16).
Traitement préventif : Dispositions prévues pour réduire ou supprimer le risque : abandon de la solution, modification de l'implantation, modification du tracé
en plan et/ou du profil en long, programme de reconnaissances et d'études pour préciser la vraisemblance et/ou les conséquences – Choix de méthodes
minimisant les conséquences en cas d'occurrence de l'évènement redouté, etc.
A l'exécution : Reconnaissances à l'avancement, auscultation etc.
Niveau de risque résiduel : niveau de risque après traitement préventif, accepté par le maître d’ouvrage ou par l’entreprise s’il y a transfert explicite du risque
Traitement curatif : Dispositions constructives appropriées et/ou adaptation des méthodes initiales en vue de réduire la gravité des conséquences en cas
d'occurrence de l'évènement redouté.
Annexe 8 - Liste des sigles et abréviations
ACT : Phase “Assistance à la passation du contrat de travaux”
AITES : Association internationale des Tunnels et de l’Espace souterrain
AMO : Assistant au maître d’ouvrage
AVP : Phase “Avant-projet”
CCAG : Cahier des clauses administratives générales (Ministère français de l’Ecologie)
CCTG : Cahier des clauses techniques générales (Ministère français de l’Ecologie)
CGEDD : Conseil Général de l’Écologie et du Développement Durable
CFGI : Comité français de Géologie de l’ingénieur et de l'Environnement
CFMR : Comité français de Mécanique des roches
CFMS : Comité français de Mécanique des sols et de Géotechnique
DCE : Dossier de consultation des entreprises
EP : Phase “Etudes préliminaires”
GBR : Geotechnical Baseline Report
314
GT : Groupe de travail (de l’AFTES)
ISRM : International Society of Rock Mechanics
ITA : International Tunneling Association
ITIG : International Tunneling Insurance Group
MOP : Maîtrise d’ouvrage publique
MSG : Mémoire de synthèse géotechnique
PPP : Partenariat public-privé
PRO : Phase “Projet”
RFF : Réseau ferré de France
TOS : Tunnels & Ouvrages Souterrains (revue de l’AFTES) devenue en 2008 Tunnels
& Espace Souterrain.
WG : Working Group (de l’AITES)
ZIG : Zone d’influence géotechnique
315a355RECO UK_Mise en page 1 24/08/12 09:59 Page315
AFTES RECOMMENDATION N°GT32.R2A1
M
Recommendation on the characterisation
of geological, hydrogeological and
geotechnical uncertainties and risks
Text submitted by Gianpino Walter BIANCHI (SEA Consulting) and Jean Piraud (ANTEA), leaders of Working Group GT32-2
Contributors:
Alain ROBERT (CETU) and Emmanuel EGAL (BRGM)
with additional material from:
François BERBET (Bouygues Construction), Lorenzo BRINO (LTF), Gilbert CASTANIER (EDF), Yves CHAMEROIS (SNCF), Daniel COLLOMB (BG Ing. Conseils),
Michel DUCROT (Eiffage TP), Elisabeth DEMAS (Coyne & Bellier), Denis FABRE (CNAM), Stefano FUOCO (SWS), Cédric GAILLARD (CETU),
Bernard GAUDIN (Egis Tunnels), Jean-Louis GIAFFERI (Chartered Geologist), Patrick LACOMBE (SNCF), Hervé LE BISSONNAIS (Terrasol), Nathalie MONIN (LTF),
Patrick PIERRON (Géo-CSP), Christian PLINE (Geodata), Fabien RIVAL (DREAL Rhône-Alpes, formerly of CETU), Jacques ROBERT (Arcadis),
Adrien SAITTA (Egis Tunnels), Hubert TOURNERY (Egis Tunnels), Philippe VASKOU (Geostock), Christophe VIBERT (Coyne & Bellier)
With thanks for assistance from the following reviewers:
Andrew BOURGET (Egis Tunnels), Roger COJEAN (Ecole des Mines-ParisTech), Jean-Louis DURVILLE (CGEDD), Attilio EUSEBIO (Geodata),
Jean-Bernard KAZMIERCZAK (Ineris), Georges SCHAEREN (Norbert) and Thierry YOU (Geostock)
The work of AFTES on risks relating to underground space has attracted interest on the part of the French Committee for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
(Comité Français de Mécanique des Sols et de Géotechnique, CFMS), the French Committee for Rock Mechanics (Comité Français de Mécanique des Roches, CFMR)
and the French Committee of Engineering Geology and the Environment (Comité Français de Géologie de l’Ingénieur et de l’environnement, CFGI). At their request,
these three commissions have also reviewed this recommendation and suggested a number of changes. This is because while they recognise that this text has been
drafted with “underground works” in mind, they also believe that it may easily be used or adapted for other types of structure for which risks relating to underground
space are a major factor.
The French original of the following text was validated by AFTES’ Technical Committee on 23/07/12.
AFTES welcomes all suggestions relating to this text.
Summary
1 - Purpose of the Recommendation- . . . . . . . . . . . . . . .318-
4.2 - General conduct of studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .329
1.1 - Review of the current situation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318
4.3 - Preliminary studies phase (EP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330
1.2 - Scope of the Recommendation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318
4.4 - Preliminary Design phase (AVP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330
1.3 - Objectives of the Recommendation . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318
4.5 - Project phase (PRO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .331
4.6 - Assistance with awarding contracts of works phase (ACT) . .331
2 - Terminology- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .319-
4.7 - Case of design / construction or other advance assignment
processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332
2.1 - Vocabulary used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .319
2.2 - Comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .319
5 - Bibliography- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .333-
3 - Rick management methodology- . . . . . . . . . . . . . . .321-
6 - Appendices- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334-
Important note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .321
1 - Relationship with existing texts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334
3.1 - Review of Geotechnical Knowledge and Uncertainties . . . .323
2 - Quality of data and reliability of interpretations . . . . . . . . . .336
3.2 - Geotechnical risk assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324
3 - Development of the geological model and graphical
representation of uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .341
3.3 - Risk treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .327
4 - Hydrogeological risks and uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . .348
4 - Application of risk analysis in each phaseof the project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .328-
5 - Uncertainties and risks relating to geotechnical parameters . .350
4.1 - Correspondence between geotechnical engineering missions
and the French Public Works procurement law (MOP) . . . .328
7 - Methods used to quantify risks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353
6 - Summary of risk sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .351
8 - Acronyms and abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355
M
315
M
Summary
Purpose of the recommendation
This Recommendation follows on from previous work by AFTES investigating
the problems raised by uncertainties that are specific to underground works:
• Recommendation GT1 on “Characterization of rock masses useful for the
design and the construction of underground structures” (2003),
• research by GT32 itself, including its work “Taking into account geological
uncertainties in Tender Documents” (GT32-1 2004),
• work by GT25 concerning best practices in terms of cost control and project
contractualisation (2007).
It is needed because as yet, there is no shared method to characterise geotechnical uncertainties or to provide a framework for risk analysis. In addition,
new types of contract such as Design & Build, PPPs, concession agreements
and so on have sometimes resulted in discrepancies or potentially misleading
information in terms of the way these risks are assigned.
AFTES is of the firm opinion that the geotechnical risks and uncertainties that
affect underground works projects must be identified, represented and
evaluated as soon, and as objectively, as possible. To control the effects of
such factors, construction methods and method of payment must be detailed
in the DCE, then validated by both parties prior to signature of the contract of
works. The aim of this Recommendation is thus to encourage all stakeholders to provide the resources required to cater for uncertain geotechnical
events in advance, so that when these occur, they will have the least
possible impact on costs and construction lead times for the structure
in question.
The term “geotechnical” is being used here in its broadest sense, to include
all issues relating to geology and hydrogeology as well as geotechnics in the
strict sense of the term. It may be extended by analogy to “anthropic risks”
relating to old foundations, galleries, shafts and other remains. It could also
be similarly extended to cover risks created by underground works on neighbouring buildings (the purpose of AFTES GT16).
Terminology
To minimise all-too-frequent misunderstandings, AFTES has decided to recommend the strict and exclusive use of the terminology defined at the international
level in French and English by two ISO standards:
• ISO 31000: 2009 (F) – “Management du risque - Principes et lignes
directrices”.
• ISO: Guide 73: 2009 (E / F) – “Risk Management - Vocabulary”.
This vocabulary, which is non-specific to geotechnics, is detailed in chapter 2
of the Recommendation. It includes fifteen or so terms. These may sometimes
differ from what is widely believed to be common usage, but their use makes
it possible to avoid the introduction of new definitions which are liable to
confuse matters further.
316
For instance, risk is defined as the effect of uncertainty on objectives; the level
(seriousness) of this risk is the result of a combination of the likelihood of the
event under consideration and its consequences.
Risk management methodology
AFTES is of the opinion that studying geotechnical uncertainties and risks is
an iterative process that must be repeated at the end of each project phase
(e.g. EP, AVP, PRO, etc.) before moving on to the next one. Indeed, this study
and the conclusions the project owner draws from it with regard to the risks
the latter may or may not wish to bear will form the basis for proposals by the
project manager for additional survey work, changes to the project, the mode
of construction, and so on.
This approach assumes that adequate geotechnical survey work has been carried out (even in the event of advance contractor consultation): risks that have
not been properly defined beforehand cannot be fairly assigned or shared. It
comprises three successive sequences, to be repeated for each phase of the
project. These are shown in the logical diagram that forms Figure 1 (page 322):
- The review of geotechnical knowledge and uncertainties
- The resulting risk assessment
- Treatment of these risks.
a) Review of knowledge and uncertainties. This sequence largely covers
and supplements the establishment of Books A and B defined in the first GT32
Recommendation. It comprises four stages:
• Compilation of factual data, whether gathered specifically for the project
or derived from previous worksites or publications (Book A).
• Analysis of the reliability of data, following which data may be adopted or
rejected to establish geological and hydrogeological models and define the
geotechnical context this critical analysis is to be carried out and recorded
at the start of Book B.
• Drafting the Summary Geotechnical Report (MSG), supplemented by the
longitudinal geotechnical profile. Together, these items form Book B.
• Lastly, drafting the Register of Geotechnical Uncertainties, which in a sense
is the “negative” of the MSG. This register lists all the unknowns and uncertainties without analysing their consequences in terms of civil engineering
and forms the last chapter of the MSG.
b) Risk assessment. This sequence can be engaged as soon as a first
idea of the mode of construction of the work has been formed, in other
words a first draft of the Design Report (Book C). This consists of three
stages:
• Risk identification. This involves reviewing all the uncertainties and imagining all the positive or negative consequences these might have on the conditions in which the structure is to be built. This stage draws on experience
with previous structures in similar rock or soil, including bibliographical
research and consultation with experts.
• Risk analysis. As much as is possible, this involves quantifying (or at least
qualifying) the likelihood of uncertain events and the seriousness of their
consequences in terms of costs, lead times, worksite safety, environmental
impact and so on. Since the consequences of an event may affect different
objectives in different ways, the resulting level of risk varies depending
on the objectives and priorities defined by the project owner. To illustrate
this analysis, a matrix with two inputs (likelihood x consequences) is often
used, combined with multiplying factors.
• Risk evaluation involves comparing the results of the previous analysis with
the acceptability criteria defined by the project owner. It makes it possible
to determine which risks require treatment to bring their seriousness down
to an acceptable level.
stronger construction solutions, and so on. This analysis will lead to the Register
of Risks being updated.
c) Risk treatment. This sequence involves reducing the level of a risk, or even
eliminating it altogether, by using the following types of means: reducing likelihood by carrying out additional investigations, reducing consequences by
modifying tunnel axis, layout, profile, methods used and so on. Once these
measures have been applied, the level of risk is again evaluated and compared
to the project owner’s criteria, and so on.
This iterative analysis process involves amending and supplementing Book C
at every stage, particularly if new survey work has been launched in an attempt
to reduce some uncertainties. To ensure study traceability, a “Register of Risks”
should be established and maintained, in which to log all treatment actions
implemented, along with their expected outcomes.
d) ‘Assistance with awarding contracts of works’ phase (ACT). This phase
consists chiefly in establishing the most recent versions of previous documents
as books A, B and C of the DCE, supplemented by chapters or documents relating to risk management. Pursuant to the new Fascicle 69 of the CCTG (to be
published in 2012), it is at this stage that the project manager must draft the
Risk Management Plan. This must set out the assignment of residual risks in
agreement with the project owner.
Application of this method
in each phase of the project
The purpose of chapter 4 of the Recommendation is to explain how the method
set out above should be applied to a standard project governed by the French
Public Works Procurement Law (MOP), with contractor consultation at the Project stage. Firstly, the way MOP design phases relate to geotechnical engineering missions set out in French standard NFP 94-500 is reviewed. The risk
study process is then detailed for each project phase:
c) Project phase (PRO). This phase includes an update to the Project Geotechnical Investigation (G2) in order to have a clearly defined project. Issues
to be settled include the investigations to be carried out as works progress,
threshold values appropriate to the construction methods used (convergence,
settlement, vibrations, etc) and the inspection procedures. Since there should
not be any more new surveying, the Register of Risks can be finalised. This
allows the project owner to measure the residual risks, check whether these
are acceptable, and define its definitive risk management strategy.
Lastly, detailed recommendations are supplied in appendix 3. These cover the
way geological cross-sections are drawn, the type of data to be shown on
them and how uncertainties should be shown. After a definition of what constitutes a 3D Geological Model, there is a presentation of the successive documents to be drafted: the map of outcrops and the interpreted geological map,
the Outline Geological Diagram, followed by the Documentary Cross-Section
and the Interpretative Cross-Section. Lastly, the importance of the Longitudinal
Geotechnical Profile is emphasised. This is a summary document that is an
illustration of the Summary Geotechnical Report and an indispensable complement to the latter.
a) Preliminary Study phase (EP). This phase corresponds to geotechnical
mission (G11) in the relevant standard. It comprises an inventory and complete
identification of risks and uncertainties for the project, drawing on the experience of prior works (i.e. expert analysis). In addition to the Preliminary Study
File specified by the MOP law, the resulting documents include:
• a completed data sheet for each risk identified;
• the Register of Uncertainties and the Register of Potential Risks for the worksite;
• the programme of treatment actions to be undertaken, notably geological,
hydrogeological and geotechnical investigations.
Collapse at the top of a tunnel excavation head
(St-Martin-la-Porte gallery).
M
b) Preliminary Design phase (AVP). This phase includes both a Preliminary
Design Geotechnical Study (G12) and an initial Project Geotechnical Investigation (G2) with the aim of providing an initial cost estimate for the structure.
The geological model derived from investigation campaigns allows geotechnical conditions that may be a source of risk to be properly identified, as well
as the general principles to minimise their consequences. These may include
altering the route, the longitudinal profile, carrying out a survey gallery, using
317
M
1 - Purpose of the recommendation1.1 - Review of the current situation
Since the late 1990s, AFTES has been very concerned with the impact of geological, hydrogeological and geotechnical uncertainties on underground works.
Consequently, it has set up three working groups:
• GT1 (Characterisation of rock formations), which has established a method
for semi-quantitative description of rock formations from the point of view
of underground works; its recommendations were published in 2003 1;
• GT32, which in its first configuration (known as GT32-1) suggested a methodology for taking into account these uncertainties in Tender Documents
(DCE), in particular by establishing Books A, B and C, the content of which
is set out in § 4.6 (Recommendations published in 2004) [2];
• Lastly, GT25 (control of risks and contractualisation), which examined everything which could favour good control of project costs and made a recommendation to this end for the attention of all stakeholders (text published in 2007) [3].
In the light of experience however, it appears that the situation is still far from
satisfactory for all aspects relating to the characterisation of uncertainties,
unforeseen circumstances and risks relating to underground space:
• The graphical representation of these uncertainties on geological cross-sections is often incomplete, ambiguous or completely lacking;
• In reports, the description of uncertainties is often insufficient, whether they
relate to geotechnical properties (natural dispersion), the location of events
(crossing faults), the frequency of unpredictable phenomena (crossing karst
cavities).
• Often, the prime contractor of an underground structure project does not
have sufficient geotechnical engineering capacity, despite this being a vital
component for developing and managing a works contract;
• There is no recognised, unequivocal methodology for taking these uncertainties into account in so-called “Risk analysis” reports. These have
become commonplace for tunnel projects and are even virtually mandatory
for international insurance companies (cf. ITIG, 2006) [9];
• The new methods of contractualisation, particularly with early contractor
consultation, have sometimes led to the illusion that the contracting authority
could thereby transfer to the contractor most of the risks relating to underground space, and even reduce the investigation efforts incumbent upon it.
In fact this is not the case: even in the event of advance consultation, it is
not possible to proceed with a serious analysis and fair allocation of the risks
other than on the basis of thorough geotechnical investigations.
Faced with these findings, in 2009, AFTES reactivated working group GT32,
with a view to establishing a methodology for properly identifying and representing uncertainties related to underground space, then analysing and dealing
with the risks arising from them for underground projects.
1
318
1.2 - Scope of the Recommendation
This recommendation relates to geological, hydrogeological and geotechnical
uncertainties and risks. These three terms have been deliberately kept in the
title to underscore the fact that in a tunnel project, risk analysis must call on
a range of expertise that lies at the meeting-point of earth science and physical
science (Geology, Geological engineering, Hydrogeology, Soil mechanics, Rock
Mechanics, etc.). However, the body of the text speaks simply of “geotechnical
risks”, this adjective being used in its broad English sense of “Geotechnical
Engineering”, covering all aspects relating to underground space.
The problems posed by anthropic remains (piles, shafts, galleries and old
infrastructures, etc.) surrounding a planned underground structure or one under
construction require a similar procedure, as they also involve uncertainties
which are difficult to resolve due to their location, state and behaviour. AFTES
is of the opinion that “anthropic risks” relating to these remains can be dealt
with using the same methodology as that suggested for geotechnical risks.
The approach of this recommendation must also be applied to uncertainties
and risks relating to the surroundings. This term refers to the neighbouring
structures and buildings and their foundations; these structures, located in the
Zone of Geotechnical Influence (ZIG), may either affect the structure to be
constructed (by disrupting uniformity or affecting load distribution, for example),
or more often, be affected by it (settlement or cracking in built structures,
vibrations, etc.). This approach may usefully be supplemented by the Recommendation currently being drawn up by AFTES working group GT16 (“Effects
of settlement and vibrations on built structures”).
Lastly, this recommendation does not deal with contractual risk management,
nor the way in which this can be shared or compensated for financially during
the course of works. These aspects are within the remit of GT25 (“Contractualisation”), which was relaunched in 2010 and whose work follows on from
that of GT32.
1.3 - Objectives of the Recommendation
Geotechnical risks and uncertainties that affect underground works projects
must be identified, represented and evaluated as soon, and as objectively, as
possible. To control the effects of such factors, construction methods and their
method of payment must be detailed in the DCE, then validated by both parties
prior to signature of the contract of works. The aim is to encourage all stakeholders to provide the resources and procedures required to cater for uncertain geotechnical events in advance, so that when these occur, they will
have the least possible impact on costs and construction lead times for the
structure in question.
The recommendation published in 2003 (TOS No.177) replaced a previous recommendation, of a much more summary nature, published in 1978 (TOS No.28).
To contribute to this objective, the GT32 recommendation aims mainly to
achieve the following:
• Specifying terminology in terms of uncertainties and risks relating to underground space (see chapter 2);
• Establishing a methodology for examining risks (chapter 3);
• Identifying the place of these risk studies in project procedure according to
regular French procedures, in particular those governed by the MOP law
(Public Works Procurement), from preliminary design work through to preparation of the DCE (chapter 4);
• Making proposals with a view to improving certain practices and tools required, such as analysis of the reliability of investigations, graphical representation of uncertainties on geological cross-sections, etc. (cf. appendices).
Appendices 1 to 7 of this document bring together a set of recommendations
relating to particular points not dealt with in the text of the Recommendation
in the required amount of detail. These recommendations do not interfere with
the general approach set out in the body of the text, but should be taken as aids
or tools which are useful for applying it. They relate to the following main points:
1 - Relationship of the GT32.2 Recommendation with existing texts
2 - Quality of data and reliability of interpretations
3 - Development of the geological model and graphical representation of uncertainties
4 - Hydrogeological risks and uncertainties
5 - Uncertainties and risks relating to geotechnical parameters
6 - Summary of risk sources
7 - Methods used to quantify risks
2 - Terminology -
1.1 - Vocabulary used
As the initial discussions of the working group have shown, each engineer has
a particular understanding of terms such as: uncertainty, unexpected event,
risk, etc.; each engineer ascribes a meaning to these terms roughly based on
everyday language, convinced that their understanding is the same as everybody else’s. This however is far from being the case, and this leads to constant
misunderstandings in this area.
It has therefore appeared vital to adopt a very strict reference list used as
widely as possible. For this reason, it has been agreed that the ISO definitions,
which have broad international recognition, will be used. The text of this
Recommendation makes strict use of the vocabulary defined in an ISO standard
and guide:
• ISO 31000: 2009(F) – “Management du risque - Principes et lignes directrices” [9].
• ISO: Guide 73: 2009 (E / F) – “Risk Management - Vocabulary” [10].
The definitions of the main terms used in ISO documents (in bold type) are
provided below in italics; the notes mentioned are also part of the ISO standard.
They are excerpts (without edits or comments) of the French version of the
standard, which has also been published in English.
Risk: effect of uncertainty on objectives
→ Note 1 - An effect is a deviation from the expected - positive and/or negative.
→ Note 5 2 - Uncertainty is the state, even partial, of deficiency of information
Risk source: element which alone or in combination has the intrinsic potential to give rise to risk.
Risk assessment: overall process of risk identification and risk evaluation.
Risk identification: process of finding, recognizing and describing risks.
→ Note 1: Risk identification involves the identification of risk sources, events,
their causes and their potential consequences.
→ Note 2: Risk identification can involve historical data, theoretical analysis,
informed and expert opinions, and stakeholders’ needs.
Event: occurrence or change of a particular set of circumstances.
→ Note 1: An event can be one or more occurrences, and can have several
causes.
→ Note 2: An event can consist of something not happening.
The numbers of notes appearing in the ISO standard have been kept, although it has been deemed more logical to alter the order of presentation.
M
2
related to understanding or knowledge of an event, its consequence, or likelihood.
→ Note 2 - Objectives can have different aspects (such as financial, health and
safety, and environmental goals) and can apply at different levels (such as
strategic, organization-wide, project, product or process).
→ Note 3 – Risk is often characterized by reference to potential events and
consequences or a combination of these.
→ Note 4 – Risk is often expressed in terms of a combination of the consequences of an event (including changes in circumstances) and the associated
likelihood of occurrence.
319
→ Note 3: An event can sometimes be referred to as an “incident” or “accident”.
Risk analysis: process to comprehend the nature of risk and to determine
the level of risk.
→ Note 1: Risk analysis provides the basis for risk evaluation and decisions about
risk treatment.
Level of risk: magnitude of a risk or combination of risks, expressed in
terms of the combination of consequences and their likelihood.
M
→ Note 2: Risk treatments that deal with negative consequences are sometimes referred to as “risk mitigation”, “risk elimination”, “risk prevention” and “risk reduction”.
Residual risk: risk remaining after risk treatment
→ Note 1: Residual risk can also be known as “retained risk”.
2.2 - Comments
2.2.1 - An example of risk: the case of a TBM in hard rock
Consequence: outcome of an event affecting objectives.
→ Note 1: An event can lead to a range of consequences.
→ Note 2: A consequence can be certain or uncertain and can have positive or
negative effects on objectives.
→ Note 3: Consequences can be expressed qualitatively or quantitatively.
→ Note 4: Initial consequences can escalate through knock-on effects.
Likelihood: chance of something happening.
→ Note 1: In risk management terminology, the word “likelihood” is used to refer
to the chance of something happening, whether defined, measured or determined objectively or subjectively, qualitatively or quantitatively, and described
using general terms or mathematically (such as a probability or a frequency
over a given time period).
→ Note 2: The English term “likelihood” does not have a direct equivalent in
some languages; instead, the equivalent of the term “probability” is often
used. However, in English, “probability” is often narrowly interpreted as a
mathematical term. Therefore, in risk management terminology, likelihood is
used with the intent that it should have the same broad interpretation as the
term “probability” has in many languages other than English.
Risk evaluation: process of comparing the results of risk analysis with risk
criteria to determine whether the risk and/or its magnitude is acceptable
or tolerable.
→ Note 1: Risk evaluation assists in the decision about risk treatment.
Risk criteria: terms of reference against which the significance of a risk is
evaluated.
→ Note 1: Risk criteria are based on organizational objectives, and external and
internal context.
→ Note 2: Risk criteria can be derived from standards, laws, policies and other
requirements.
Risk treatment: process to modify risk.
→ Note 1: Risk treatment can involve:
- avoiding the risk by deciding not to start or continue with the activity
that gives rise to the risk;
- removing the risk source;
- changing the likelihood;
- changing the consequences;
- sharing the risk with another party or parties (including contracts and
risk financing;
- retaining the risk by informed decision
320
The definitions listed in § 2.1 above, quoted verbatim from ISO standard 31000,
are not very intuitive and require a certain amount of use to become familiar.
To help with learning these terms, a simplified example of a risk illustrating
the use of the main terms is presented below.
The case is that of a tunnel to be excavated using a TBM in a single geological unit
composed of hard rock with virtually no fractures. The design of the TBM depends
in part on the unconfined compressive strength (UCS) values of the rock matrix;
this is determined by means of laboratory tests conducted on core samples.
One risk source is an under-estimation of unconfined compressive strength
(UCS) values.
The event in question is the occurrence of one or more areas of terrain where
resistance to cutting proves to be much more difficult than expected, due to
uniaxial compressive strength being much higher than expected.
The consequences of this event with respect to expectations are mainly as
follows:
➨ slower rate of progress
➨ greater wear and tear on tools and therefore higher tool consumption
➨ longer completion times
➨ additional costs due to excessive tool consumption and longer completion times.
These consequences are exacerbated when there are many, long areas with
higher uniaxial compressive strength and when the difference between the
actual value and forecast value is large.
The likelihood of risk (the probability that one or more areas have a higher
unconfined compressive strength value than the value used for the project)
depends on several factors:
➨ the number and distribution of core samples along the project,
➨ the number of tests conducted (statistical population),
➨ the uniformity of the material forming the geological unit,
➨ the dispersion of measured values.
Likelihood is all the lower when:
➨ the material forming the geological unit concerned is highly uniform,
➨ there are many surveys, spread adequately along the project,
➨ there is a high number of tests which are also well distributed over all
boreholes,
➨ the statistical distribution of values measured is highly uniform (narrow
Gauss curve).
of GT32-1, AFNOR NF X 50-117, the ITIG “Code of Practice”, the RFF Book for
risk control and ITA/AITES Guidelines (2004) [6].
Risk treatment
During preliminary study phases, the level of risk is high because the geological
context is known only summarily and there is a very high degree of uncertainty.
At this stage the treatment measures consist in an initial investigation campaign aimed at drawing up a summary geological model.
During the ensuing study phases until the project is finalised, the treatment is
aimed at reducing the likelihood of risk by increasing the number of samples
and strength measurements.
When the works contract is drawn up, the risk treatment may consist, for instance, of the following:
➨ a prudent choice regarding the projected values for the unconfined compressive strength : maximum measured value, mean plus one or two
standard deviations, etc.;
➨ in addition, a prudent TBM design, taking into account an additional margin with respect to the maximum unconfined compressive strength;
➨ possibly, abandoning TBM excavation.
The tables of equivalent terms presented in this appendix indicate fairly good
consistency between the different documents; however, it appears that certain
important terms are sometimes used with different meanings. This has made
it necessary to adopt a single reference, which has led to the choice made in
this Recommendation in favour of strict use of the ISO 31000 terminology [9].
In addition, GT32.R2F1 suggests the use of the term “seriousness”, which is
not included in the vocabulary suggested by ISO 31000, but is nonetheless
accepted to describe the magnitude of consequences.
2.2.4 - GT32-1 recommendation
From the point of view of its form, the previous recommendation of GT32-1
will need to be corrected to bring it into line with the terminology determined
here (cf. Appendix 1, § 1).
2.2.2 - The term “Uncertainty”
In ISO documents, uncertainty is defined as “... the state, even partial, of deficiency of information related to, understanding or knowledge of, an event, its
consequence, or likelihood.” (cf. § 2.1. Definition of Risk, Note 5). In the following
part of this Recommendation, the term “uncertainties” (in the plural) is used
to mean the result of the uncertainty defined above, i.e. to refer to events the
occurrences of which (number and location) and/or the related geotechnical
conditions are affected by this state of uncertainty.
2.2.3 - Comparison with other documents dealing with risk
Appendix 1 presents a comparison of the terms used in a number of documents
dealing with how risks are taken into account: the previous Recommendation
A frequent risk: falling blocks at excavation front.
3 - Risk management methodology-
The risk management methodology defined below should be used in
conjunction with the design process for the underground structure in
question to form a single design procedure fully incorporating the issue
of risks.
To conduct such a design procedure, including all the different issues (geometry, geotechnics, construction methods, costs, lead times, planning and
contractualisation, etc.), the following is necessary:
➨ the “designer” in charge of design studies must be constituted of a multidisciplinary team with all the necessary skills;
➨ the studies must be conducted in a global, concomitant and interactive
manner, without the missions being compartmentalised;
➨ an iterative process must be applied through to completion of the design
studies.
The designer must bear in mind at all times that the surrounding formation
in which the structure is excavated is a part of the structure itself, as are
the structural elements added during the construction of the structure (supports, linings, etc.). This means that for a given functional geometry (the
inside cross-section of a typical profile for example), the choice of construction method and dimensioning of the structure are closely and directly linked
M
Important note
321
to the geotechnical characteristics of the formation which will be encountered throughout the duration of the project.
Any unsuitability of construction methods with regard to the geotechnical
conditions actually encountered may have extremely detrimental consequences. This is the essential reason why, during the studies for a tunnel
project, the civil engineering aspect cannot and must never be disassociated from the geotechnical aspect:
both are necessarily closely intertwined, right from the preliminary studies.
The geotechnical risk management
methodology which AFTES recommends should be applied for studies
comprises three major phases:
• Compiling a Knowledge Review
covering geological, hydrogeological
and geotechnical data (§ 3.1);
• Geotechnical risk assessment based
on the summary of data; this phase
in turn comprises three stages: risk
identification, analysis and evaluation
(§ 3.2);
• Geotechnical risk treatment (§ 3.3).
COMPLEMENTARY
INVESTIGATIONS
M
All these operations are shown on the flowchart below.
It should be emphasised that the Risk Management procedure suggested here
is applicable to all stages of a project, and that it is an iterative process to be
conducted throughout the study process.
REVIEW OF KNOWLEDGE
AND UNCERTAINTIES
§ 3.1
ANALYSIS OF RAW DATA
RELIABILITY OF THE DATA
SUMMARY AND INTERPRETATION
REGISTER OF UNCERTAINTIES
RISK ASSESSMENT
RISK IDENTIFICATION
RISK
TREATMENT
RISK ANALYSIS
DEFINITION
AND UPDATE
DEFINITION OF
RISK MITIGATION
MEASURES
OF THE RISK
RISK EVALUATION
REGISTER
(Appendix 7)
DEFINITION OF
RESIDUAL RISK
Figure 1 - Flowchart summarising risk
management methodology.
322
(Appendix 7)
The review of geological, hydrogeological and geotechnical knowledge and
uncertainties may be viewed as being equivalent to the “Presentation of
geotechnical data in the Summary Report” stage, as described in the first
AFTES GT32-1 recommendation [2]. This phase itself comprises four stages:
• Presentation of the raw data available;
• Assessment of its reliability;
• Summary and interpretation;
• Summary (“register”) of uncertainties and in particular gaps in knowledge.
3.1.1 - Presentation of the raw data available
During this first stage, as complete as possible a list must be drawn up
comprising all documentary data, whether this be geological, hydrogeological or geotechnical in nature, and relating to worksites conducted in similar terrain; the results of specific investigations conducted for the project
should of course be added to these data.
The nature and quantity of available data, their distribution, source and date
of acquisition must be clearly stated. For example, the map of outcrops and
the geological map, drawn up according to the recommendations set out
in appendix 3, form an integral part of the raw data to be taken into account.
With respect to geotechnical parameters, and with reference to the AFTES
GT1 Recommendation relating to the characterisation of rock formations,
these raw data correspond to the significant values provided by investigations (‘significant values’ means values measured by tests once non-representative values have been removed with justification).
The way in which data are presented is important. A presentation in the
form of tables and bar charts of values is to be preferred, for instance to
present data about identical rock types or facies. Generally speaking, the
total number of measurements for each sort of parameter must always be
specified. In addition to the summary, it must be possible to place all raw
data at the disposal of those working on the project, including values classified as non-representative.
3.1.2 - Data reliability
The second stage consists of conducting a critical evaluation of the quality
of the different types of data available: remote detection images, site observations, boreholes, geophysical investigations, laboratory and in situ tests,
investigation in shafts or galleries, experience feedback from neighbouring
structures, etc. This stage is highly recommended to correctly define the
contribution of these data to drawing up the geological, hydrogeological
and geotechnical model. It is also appropriate to evaluate the extent of gaps
in knowledge, i.e. “what is not known”.
This evaluation may be of a qualitative, semi-quantitative or quantitative
type; among the factors to be taken into account to evaluate reliability, the
complexity of the local geological context, the nature of investigation works
as well as the physical distribution of this work and its spatial “density”
may be mentioned (cf. appendix 3). At this stage the choice may be made
not to retain certain data; proper reasons for any such decision must be
supplied, as for a GBR (Geotechnical Baseline Report) type file.
3.1.3 - Summary and interpretation
The third stage consists in drawing up a geological, hydrogeological and
geotechnical model, on the basis of knowledge available at this stage, displaying the designer’s idea of the geological context and expected construction environment. This model is designed to become more specific and
detailed as the investigation works advance. The presentation of this model
includes producing two types of documents:
• a report, detailing the hypotheses deemed the most likely by the designer
based on their analysis of all the data. This report should include distinct,
detailed chapters on Geology, Hydrogeology and Geotechnics;
• graphical documents: geological and hydrological models and especially
provisional longitudinal geotechnical profiles, along with as many crosssections as necessary and, if required, a horizontal cross-section of the
project.
It is in these documents that uncertainties with respect to interpretation
should be pointed out, in particular on graphical elements (cf. appendix 3).
The provisional longitudinal geotechnical profile presents, in compliance
with the AFTES GT1 Recommendation, a break-down of the structure into
sections or geotechnical sub-sections deemed to be uniform along their
entire length from the point of view of the various applications for the project: design, dimensioning, construction methods, etc. This longitudinal profile should also include information about the variability of the parameters
within each sub-section, such as the following:
• the dispersion of parameters, to allow the finalisation of methods (excavation, mucking, temporary support, etc.);
• the characteristic values (as defined by GT1) chosen for the various geotechnical magnitudes. These values may be different depending on the
issue under consideration (excavation, temporary support, convergence,
settlement, etc.);
• the limits within which the main parameters vary.
In the event of the possibility of geological uncertainties leading to significantly different geological models, two provisional longitudinal geotechnical profiles should be proposed, corresponding to the most contrasting
hypotheses, in uncertain areas, with the actual situation probably located
somewhere between them. The risk study will be conducted for the two
provisional longitudinal geological profiles. If necessary, the provisional geological profile(s) may be supplemented by explanatory diagrams deemed
to be useful for a proper understanding of the geological context.
3.1.4 - Register of Geotechnical Uncertainties
The fourth stage consists of summarising the uncertainties identified at the
end of the previous operation and bringing them together in a “Register of
M
3.1 - Review of Geotechnical Knowledge
and Uncertainties
323
Uncertainties”3. To illustrate this, the non-exhaustive list below sets out the
main uncertainties likely to feature in this register:
⇒ uncertainties corresponding to gaps in geological, hydrogeological and
geotechnical knowledge: these relate to areas where the level of knowledge is insufficient to offer a reliable model;
⇒ uncertainties relating to the location of certain events, for example
contacts between geological formations or different facies within the
same formation, singular areas such as faults, overlapping, shearing
zones, etc.;
⇒ uncertainties relating to geotechnical conditions (extension, nature and
characteristics of component materials, hydrogeology, etc.) associated
with certain events and possibly their location (for example areas that
have been identified as singular in other respects: faults, etc.);
⇒ uncertainties as to the occurrence of well-identified uncertain events
(possible or probable), the number, location and related geotechnical
conditions of which are not known, for example: singular areas (faults,
etc.), areas with high water inrush, karst cavities, quartz seams, etc.;
⇒ uncertainties due to the natural dispersion (variability) of ground
properties.
This Register of Uncertainties should be limited to a list of the uncertainties
identified, without analysing the consequences. It must relate to the entire
Zone of Geotechnical Influence (ZIG) which is specific to each site and
each planned structure. This zone, defined in NF P 94-500 [8], corresponds
to the volume of terrain within which there is interaction between the structure (due to its construction or operation) and the environment (soil, groundwater, surrounding structures and buildings, etc.). The scope of the ZIG
depends on the geotechnical conditions, the diameter of excavation, depth
and the methods envisaged for construction. This scope is therefore not
intrinsic to the site and is liable to vary according to the different options
envisaged for the construction, so it must be constantly updated.
On completion of this first phase of “Review of Geotechnical Knowledge
and Uncertainties”, the elements drawn up during the four stages described
above are brought together in a single document including both a report
and diagrams, as well as the Register of Uncertainties. When the works
contract is drawn up, this single document constitutes the Summary
Geological, Hydrogeological and Geotechnical Report (as defined in CCTG
Fascicle 69), or Summary Geotechnical Report (MSG).
3.2 - Geotechnical risk assessment
For each of the risks under consideration, the risk assessment phase (as
defined by ISO and this document) includes three distinct phases:
• risk identification,
• risk analysis (in the strict sense of the term),
• risk evaluation.
3
324
M
3.2.1 - Risk identification
Excerpts from ISO 31000 standard: 2009 (§ 5.4.2 of the standard: risk
identification):
“...The aim of this stage is to make a comprehensive list of risks based
on events likely to cause, enhance, prevent, degrade, accelerate or delay
the achievement of objectives..... Risk identification should include an
examination of chain reactions of particular consequences, including
knock-on and cumulative effects. A wide range of consequences should
also be examined, even if the source or cause of the risk may not be
obvious. Whilst identifying what may happen, it is necessary to examine
the possible causes and hypotheses of potential consequences. All significant causes and consequences should be examined.
The organisation should use risk identification tools and techniques to
suit its objectives and aptitudes, and the risks to which it is exposed.
All the information used for risk identification must be relevant and upto-date. Whenever possible this should be backed up by appropriate
documentation. The people with the appropriate knowledge should take
part in risk identification.”
Risk identification therefore requires the analysis of uncertainties with respect to their effects on expected results. Normally all uncertainties are a
source of risk, but some of them may have virtually no effect at all. One
example is the uncertainty relating to the location of the contact between
two geologically distinct but geotechnically similar formations. This contact
will not therefore require any change in construction plans; the position of
the contact, although uncertain, will have no bearing on the achievement
of objectives.
It follows that only uncertainties for which the deviations induced with respect to the geological and hydrogeological models (or the provisional longitudinal geotechnical profile) are sufficiently significant to cause notable
consequences, need to be identified as risks. These deviations may be
opportunities if these changes in circumstances are favourable for the project, or risks (in the usual sense of the term) if these changes are detrimental
to the project.
The risk identification stage therefore consists of ascertaining which of the
uncertainties listed are likely to lead to the occurrence of events of which
the consequences would constitute a change of circumstance with respect
to those taken into account in the geological/hydrogeological models and
in the provisional longitudinal geotechnical profile chosen.
For each of the uncertainties identified, several hypotheses may be formed,
e.g.:
➨ for a given event, a variable number of occurrences, different locations
or more or less serious consequences;
In a large number of risk studies, the Register of Geotechnical Uncertainties is often improperly called the “Register of Risks”.
➨ for a “lack of geological knowledge”, various configuration hypotheses
for the geological context.
To help with risk identification, it is very useful to conduct bibliographical
research on experience feedback from underground works built very close
to and/or in similar geotechnical and environmental conditions. Research
and analysis of experience feedback is carried out as and when investigations supply a detailed description of the geological model and provisional
longitudinal geotechnical profile. This kind of approach is highly profitable
for better risk identification, as well as to judge the relevance of the methods
to be used and direct the investigations to be carried out.
3.2.2 - Risk analysis
Excerpts from ISO 31000 standard: November 2009 (§ 5.4.3 of the standard:
“Risk analysis”):
“ …Risk analysis supplies the data for evaluating risks and taking the
decision to treat them or not, and enables the most appropriate treatment strategies and methods to be chosen. Risk analysis may also
contribute to decision-making when choices must be made and the
options involve different types and levels of risk.
Risk analysis involves risk causes and sources being taken into account,
as well as their positive and negative consequences and the likelihood
of these consequences occurring. The factors affecting the consequences and their likelihood must be identified, as well as other attributes of risk. An event may have a number of consequences and affect
a number of objectives. The existing risk control methods must be taken
into account, as well as their efficiency and performance.
The way in which the consequences and their likelihood are expressed
and the way in which they are combined in order to determine the level
of risk must correspond to the type of risk, the information available
and the risk assessment objective. Consistency with risk criteria must
be ensured. It is also important to take into account the interdependence
of the different risks and risk sources.
The level of confidence in the determination of the level of risk and its
sensitivity to prior conditions and hypotheses should be taken into
account in the analysis. Decision-makers should be informed of this as
well as other stakeholders if necessary. Factors, such as a difference
in expert opinion, uncertainty, the availability, quality, quantity and validity of the relevance of information and the limits of modelling should
be mentioned or even emphasised.
Risk analysis may be conducted to different levels of detail according
to the risk, the purpose of the analysis as well as the information, data
and sources available. This analysis may be qualitative, semi-quantitative or quantitative type, or a combination of the three, depending on
the circumstances ...”
The Risk analysis stage includes three operations:
• quantification of the consequences arising from an event identified as a
risk;
• quantification of the likelihood of this event and/or consequences;
• determination of the level of risk (significance of the risk) by combining
the consequences and likelihood.
3.2.2.1 - Quantification of the consequences arising
from an event
To proceed with risk assessment, the designer must draw up one or more
hypotheses for each event identified, describing the circumstances caused
by the occurrence of the event. This description of circumstances must be
sufficiently detailed to allow proper evaluation of all the consequences. The
consequences of the same event may affect several objectives and each
of these objectives in a different way. For each event, an analysis of its
consequences on each of the objectives should therefore be conducted.
Depending on the case, there may be a number of objectives 4: cost, lead
time, environment, safety, performance, legal issues, image, etc. Practically
speaking, for geotechnical risks only, the most relevant general objectives
are site safety, cost, lead time, performance and the environment. The consequence is usually estimated as being the additional costs and/or extra time
required by the construction work necessary to treat the event encountered.
Examples of methods for quantifying consequences are provided in appendix 7.
3.2.2.2 - Quantification of the likelihood of an event
The following stage consists of determining the “likelihood” of the identified
event and/or its consequences. Likelihood may concern the event and its
consequences, or only the consequences:
⇒ One example of the first case is an event identified as being possible,
with a range of possible consequences if the event occurs. Several
occurrence hypotheses should then be envisaged according to the
seriousness of the consequences:
⇒ In the second case, the event is certain but its consequences are unsure.
This may be the case for a fault, the occurrence of which is certain, but
the location and/or seriousness of which are not precisely known.
The likelihood of the event itself depends on a number of factors characterising the level of knowledge; the designer is responsible for analysing
the following:
➨the amount of investigation works carried out, its relevance (appropriate
type of investigation for the context being examined) and its quality of
execution;
➨the geographical proximity of investigation works to the structure;
➨the complexity of the geological context.
In the document “Guidelines for tunneling risk management” produced by AITES WG2, seven categories of consequence are suggested (cf. § 7.3.2), distinguished according to the field concerned.
RFF opts for four categories of consequences (cost, lead time, performance and “other”).
4
M
325
In short, likelihood depends essentially on the quality of the geological model
and its capacity to adequately represent reality and be as close to it as possible.
The table below provides qualitative or quantitative determination of likelihood in the form of probability.
Matrix
score
Likelihood scale
Indicative probability,
to be adjusted according
to the project being studied
4
Possible
1/5 = 20%
3
Unlikely
1/20 = 5%
2
Highly unlikely
1/50 = 2%
1
Improbable
1/200 = 0.5%
Several approaches that may be used to determine the likelihood value are
described in appendix 2.
M
b) Role of the designer and project owner
It is the project owner’s responsibility to establish the criteria to be used to
evaluate the acceptability of the risk. These criteria and the given threshold
values may be different depending on the expected objectives. For example,
they may be as follows:
➨maximum cost (or with very small likelihood of it being more), expressed
as an absolute value or as a percentage of the total estimated amount;
➨maximum time (or with very small likelihood of it being more), expressed
as an absolute value, as a percentage of the total time or as a deadline
such as the commissioning date for the structure;
➨adverse effects on the project image deemed to be unacceptable (unacceptable environmental impact, for example).
For the same risk, the criterion may also relate to the aggregated consequences for each of the expected objectives.
The designer then proceeds with risk evaluation by comparing their estimated level of risk (by combining the likelihood and consequence) to the
risk criteria expressed by the project owner. For each of the risks, the project
owner may take two attitudes:
3.2.2.3 - Determining the level of risk (significance of the risk)
The “level of risk” (‘NR’) qualifies the significance of the risk and is usually
expressed by combining the likelihood with the consequence, both of which
are evaluated by the designer.
The combination of the likelihood and consequences may be “qualitative,
semi-quantitative, quantitative or a combination of the three, depending
on the circumstances.”
The level of risk may be determined either objective by objective, or for a
set of objectives, i.e. by adding together the impact of the consequences
on the different objectives. The level of risk is very frequently presented in
the form of a two-variable risk matrix (consequence and likelihood), as
shown in § 3.2.3c. below.
3.2.3 - Risk evaluation
a) Reference texts
Excerpts from standard ISO 31000 (cf. § 5.4.3 of the standard: Risk
evaluation):
“ Based on the results of the risk analysis, the aim of the risk evaluation
is to help decision-makers determine the risks requiring treatment and
priority for the implementation of treatments.
Risk evaluation consists of comparing the level of risk determined during
the analysis process with the risk criteria established when the background was established. On the basis of this comparison, the necessity
of treatment can be studied.
In certain cases, risk evaluation may lead to the decision to undertake a
more thorough analysis... ”
326
1) Refuse the risk and request that the designer:
⇒ either revises the project, eliminating the risk source entirely (by modifying the planned alignment and/or longitudinal profile, for example);
⇒ or carries out more investigation works, with the aim of accurate identification of likelihood and consequence values in order to determine the
level of risk more accurately.
2) Accept the risk, with or without treatment:
⇒ in the first case, the project owner asks the designer to treat the risk to
reduce its impact;
⇒ in the second case, the project owner decides to “take the risk”, incorporating the possibility of increasing the production costs and lead times
estimated by the designer.
c) The risk matrix
To help with the project owner’s decision, the risk evaluation presentation
by the designer may take the form of a “risk matrix”, establishing the acceptability criteria according to the level of risk (LR). The risk matrix presented
below is supplied simply for the purposes of illustrating risk evaluation. In
this example, the four levels of risk (each associated with a colour to
improve visual appreciation) are defined in terms of likelihood multiplied
by consequence.
Each project and project owner has its own risk matrix, as its usefulness
relates solely to help with decision making. It is nonetheless recommended
that there should be an even number of likelihood categories and consequence categories in order to avoid a central positioning.
Likelihood
Risk matrix
Possible
4
8
12
16
Not likely
3
6
9
12
Very Unlikely
2
4
6
8
Improbable
1
2
3
4
Slight
Medium
Significant
High
Table 1 - Example of a two-variable risk matrix (likelihood
and consequence) and 4 levels of risk. The coefficients
are supplied for illustrative purposes only and must be
adjusted according to each project.
Consequences
A colour legend corresponding to the different levels of risk is presented below:
RN index
Indicative qualification of the level of risk to be adjusted according to each project
Negligible / minor risk
No action required, the risk factors must be subject to specific monitoring by means of procedures.
2 < NR < 5
Significant risk (but in principle acceptable)
Construction work may commence; risk factors must be subjected to specific monitoring by means of
procedures and the project may possibly be supplemented by a series of predefined measures which may
undergo adjustments during the execution.
5 < NR < 10
Major risk (to be monitored)
Construction work may not commence until the risk has been reduced or removed. Solutions are possible without
major changes to the project.
Unacceptable risk
Construction work may not commence until the risk has been reduced or removed. If the risk cannot be controlled,
the project may be abandoned or altered.
NR < 2
NR > 10
Table 2 - Illustrative example of definition and qualification of levels of risk (to be adjusted according to each project).
It should also be pointed out that since the matrix is only one element to
aid with decision-making, each case must then be reassessed for confirmation or otherwise of the classification of the resulting Level of Risk.
3.3 - Risk treatment
3.3.1 - Reference text
Excerpts from standard ISO 31000: November 2009 (§ 5.5 of the standard:
Risk treatment):
§ 5.5.1 - Overview: “Risk treatment implies the choice and implementation
of one or more options for modifying risks. Once implemented, treatments
produce or modify risk control resources.
Risk treatment implies an iterative process:
- evaluating risk treatment;
- deciding whether the levels of residual risk are tolerable;
- if they are not tolerable, generating a new risk treatment;
- and appraising the efficacy of the treatment.
Risk treatment options are not necessarily mutually exclusive, and are not
appropriate for all circumstances. These options may include the following:
- refusal of the risk, marked by the decision not to commence or pursue
the activity involving the risk,
- taking or increasing a risk in order to pursue an opportunity,
- eliminating the risk source,
- altering its likelihood,
- altering its consequences,
- risk-sharing with another party (including contracts and funding of the
risk),
- and maintaining the risk based on a reasoned choice.”
§ 5.5.2 - Selection of risk treatment options: “Selection of the most appropriate risk treatment options involves comparing the implementation costs
and efforts with respect to the advantages gained, taking into account legal
and regulatory obligations and other requirements such as social responsibility and protection of the natural environment. Decisions should also
take into account risks whose treatment cannot be justified from an economic point of view, for example certain serious risks (highly negative consequences) which are however rare (low likelihood)....”.
3.3.2 - Treatment actions
Risk treatment therefore aims at reducing the importance of risk, or eliminating
it altogether. Possible actions may include the following:
➨ eliminating the risk source, for instance by performing a specific investigation enabling uncertainty to be eliminated locally
➨ altering likelihood, also by means of additional investigation enabling
the geological model to be further clarified
➨ reducing the consequences of an event on the circumstances of completion, through the implementation of preventive technical measures or
modification of construction methods
➨ implementation of an early detection method for the occurrence of an
event and early definition of remedial technical measures.
M
It should be emphasised that the coexistence of several risks, each of which
is deemed individually to be acceptable, may lead overall to a level of risk
deemed to be unacceptable.
327
M
Following application of these measures, a fresh evaluation of each risk is
conducted. If, despite the treatment measures, the risk remains unacceptable,
a new “risk treatment” process is launched.
versions of the Register of Risks established during the different project phases
must be maintained by the project owner, with the aim of ensuring traceability
of the changes in risk analysis.
It should be noted that during design phases, most treatment actions consist
either in investigations aimed either at reducing uncertainty, or adjusting the
process itself, with the aim of making it as robust as possible with respect to
the consequences of these uncertainties. During the construction phase, residual risk treatment takes the form of anticipatory measures (investigation while
progressing) and predefined specific construction procedures.
In order to ensure the traceability of the entire risk management process, it is
appropriate to establish a “Register of Risks”, for which a framework is
suggested in appendix 7. This Register must provide a comprehensive list of
all the treatment measures implemented, with their results in terms of risk
reduction, as well as the measures decided during the study phase in progress
and to be implemented during the subsequent design phase. The successive
An investigation gallery eliminates almost all geological uncertainties.
4 - Application of risk analysis in each phase of the project-
4.1 - Correspondence between geotechnical
engineering missions and the French Public Works
procurement law (MOP)
The table below shows the correspondence between typical geotechnical engineering missions, as described in standard NF P 94-500 (December 2006) [8]
and the study phases defined in the French Public Works procurement law
(and its application legislation) [4]. This law lays down the conditions for project
management for construction works (buildings or infrastructure) completed
Stage
1
2
for public clients.
Although this Public Procurement Law relates only to French projects established for certain public Project Owners, the different phases of studies shown
in the following table are a good representation of the developments in the
design phases of a project, even if the project is not subject to the Public Procurement Law. “Project Engineer” is used in the Public Procurement Law to
refer more generally to the designer of the structure.
Typical geotechnical engineering missions (standard NFP 94-500)
“Preliminary Geotechnical Site Study - G 11”
Preliminary Studies (EP)
“Preliminary Design Geotechnical Study - G 12” (a)
“Project Geotechnical Investigation Study – G 2 - Project Phase” (b)
Preliminary Design (AVP)
“Project Geotechnical Investigation Study – G 2 - Project Phase” (b) or
Updating and more thorough examination wherever necessary
Project Geotechnical Investigation Study – G 2 - Works Contract Assistance Phase” (c)
3
MOP law study phase
“Geotechnical study and monitoring for
the works phase -G 3 – Study Phase” (d)
“Geotechnical supervision for the works phase G 4
Phase “Works studies supervision phase” (e)
“Geotechnical study and monitoring for the
works phase G 3 – Monitoring Phase” (d)
Geotechnical supervision for the works phase - G 4
Phase - Works supervision phase” (e)
“Geotechnical supervision for the works phase - G 4 - Works supervision phase” (e)
Project Studies (PRO)
Assistance with awarding contracts of works (ACT)
Construction studies (EXE)
Approval of construction studies (VISA)
Supervision of construction department (DET)
Acceptance assistance (AOR)
a) With respect to Initial Geotechnical Investigation Studies (G1) including the Geotechnical Site Study (G11) and the Preliminary Design Geotechnical Study (G12), the
wording of the standard specifies that “These missions exclude any examination of construction quantities, lead times and costs of construction of geotechnical
structures, which form part of a Project Geotechnical Investigation assignment (stage 2). The cost of these is normally incumbent upon the Project Owner.” Given
that according to the MOP Public Procurement Law, the provisional cost for works is established on completion of the preliminary design studies, it is appropriate to
conduct a G2 Project Geotechnical Investigation at the time of this MOP law “Preliminary Study” phase. In the same spirit, as the feasibility of underground works
depends essentially on the geotechnical conditions, it may prove necessary to proceed with a Preliminary Design Geotechnical Study (G12) at the preliminary design
phase.
328
b) For underground works, the G2 Project Geotechnical Investigation is almost always incorporated into the general project management mission (as stated in the
wording of the standard). It is during this G2 assignment that the essential part of the Summary Geotechnical Report (MSG) is drafted, or at least that the elements
required to draft it are gathered.
c) The DCE includes, notably, additional geotechnical investigations to be completed during the construction phase, the different threshold values depending on
the methods (convergence, settlement, vibration velocities, etc.), as well as the necessary inspection procedures to ensure measures are monitored and to control
adherence to threshold values. The definition of all these provisions forms an integral part of the G2 Project Geotechnical Investigation (cf. Standard 94-500:
Table 2 and chapter 8) drawn up by the Project Engineer.
d) The cost of this mission is incumbent upon the contractor.
e) This supervision mission is similar to an external control, and its cost is borne by the Project Owner.
4.2.1 - Place of the risk study in the project procedure
For the purposes of project study work, risk analysis is global, i.e. it concerns
all risks, whether they are of a political, regulatory, land, environmental, organisational or technical nature, etc. Even within technical aspects, the analysis
of geotechnical risks forms only one part, which is nonetheless very important
given the role played by geological, hydrogeological and geotechnical conditions in the construction of a tunnel.
During the design phases, i.e. from the preliminary studies until the project
(missions G11 through to G2), the geotechnical risk analysis concerns only the
designer and Project Owner (the latter may be assisted by their engineer’s
assistant (‘AMO’). Throughout the study process, the designer, who is deemed
to be knowledgeable, must supply the Project Owner with the elements which
are necessary for the latter to decide on the strategy to be adopted, based on
their own risk criteria.
For each study phase or geotechnical engineering mission, the methodology
described in chapter 3 should be applied, with its three major stages:
⇒ Review of knowledge and listing uncertainties
⇒ Risk assessment = Identification + Analysis + Evaluation of each risk
⇒ Risk treatment
The nature and content of the documents supporting the various components
of the risk study are set out in § 4.6 for the DCE. These documents are of
course more succinct in the initial phases of the project, but they should be
individualised as soon as possible, at least in the form of distinct chapters:
these are living documents that should be developed, corrected and added to
throughout the project.
4.2.2 - Excerpt from the NFP 94-500 standard relating to
“risk treatment”
“...For each identified risk, the possible preventive action for reducing it
(reduction of uncertainties and the potential impact of these uncertainties)
should be defined, as well as the provisions to be implemented to detect
its occurrence as soon as possible (monitoring and control programme with
associated threshold values) and remedial action to minimise the impact if
it occurs (adjustment of the project).
Risk treatment is adjusted to each phase of progress of the project.
The usual treatment pattern is as follows:
- the risk associated with a major event 5 is reduced or removed by appropriate measures (project modifications) from the preliminary design phase
onwards (stage 1);
- the risk associated with an important event is reduced or removed by
appropriate measures during the project stage (stage 2): adjustment of
the project, specific monitoring with predefined measures and related
threshold values, as well as possible adjustment to be introduced during
the construction phase;
- the risk associated with a residual event usually has a minor impact on
quality, costs, safety and lead times and may be grounds for an optimisation solution, during the construction stage (stage 3).
Risk management (and the ensuing management of potential costs) is based
on detecting them as early as possible and controlling the effectiveness of
the solutions planned. This is based on the following actions:
a) in the design stage of the structure:
- evaluation of the uncertainties and variability of major parameters
- environmental surveying, in particular for partially concerned surrounding
areas
- definitions of any additional construction provisions to be implemented
if the geotechnical situation or observed behaviour of the structure does
not comply with the provisions
- definition of possible adjustments and investigating potential opportunities
- taking inherent risks into account by budgeting for them
- maintenance inherent to certain types of geotechnical structures
b) during the performance of works: continuous geotechnical monitoring
and control (as appropriate for related threshold values)
c) after works: any implementation of maintenance inherent to certain types
of geotechnical structures, to suit the geotechnical situation of the site and
the specific characteristics of the surroundings of the structure.”
In order to ensure consistency with the vocabulary recommended by standard ISO 31000,
the term “event” replaces the term “unexpected event” used in standard NFP 94-500.
5
4.2.3 - Conducting surveys and other investigations
Geotechnical risk management throughout the project design process (from
the preliminary studies through to the DCE) and during construction supposes
that at each stage of study, relevant and thorough soil investigation is conducted.
M
4.2 - General conduct of studies
329
This is aimed at reducing the significance of residual risks as much as possible.
Particular attention should therefore be paid to these investigation processes
from the establishment of the programme through to receipt of the results.
The programme must respond to the need, which means accurately describing
the methods and resources to be implemented, best suited to eliminating
uncertainties. After the initial general investigation campaigns, priority must
be given to targeted investigations for identified risks based on the geological
model and the experience feedback from previous works in similar terrains.
The services to be delivered, the procedures to be followed and the reports required must also be described very accurately in the consultation documents, in
order to guarantee that the expected results are achieved. When the service providers’ bids are examined, checks must be made to ensure that the references
and human and material resources featuring in the bid enable quality of the service to be guaranteed. Control of execution also ensures procedures are adhered
to and that the services are indeed performed in accordance with the order.
Lastly, presentation of the results must highlight the uncertainty margins.
4.3 - Preliminary studies phase (EP)
It should be noted that one of the objectives set by standard NFP 94-500 for
a “Preliminary Geotechnical Site Study” (G11) is to proceed with an initial identification of risks. At the preliminary studies phase, the following should therefore be carried out:
⇒ listing all geological, hydrogeological and geotechnical data, by means
of a documentary survey covering the site and neighbouring structures
(within the ZIG perimeter);
⇒ an inspection of the site and its surroundings in order to directly check
the geological characteristics of the project site;
⇒ on the basis of the information gathered, identifying the main uncertainties and related risks.
M
Documents to be supplied: Standard NFP 94-500 defines very specifically (cf.
§ 7.1 of the standard) the content of the preliminary site geological study which
is necessary for compiling the Preliminary Studies File as defined by the MOP
law. In addition to the report as specified in § 7.1.3. of the standard, the preliminary studies file must include formalised material:
➨ the “Register of Uncertainties” listing all the uncertainties relating to the
preliminary geological model drawn up following this first study phase;
➨ the “Register of Risks” providing an assessment of the identified risks
based on the Register of Uncertainties, i.e. the identification, analysis
and evaluation of these risks;
➨ the programme of treatment actions to be conducted to reduce the level
of residual risks so as to make these acceptable.
Attention is drawn to the level of expertise also required by this work to avoid
two pitfalls:
➨ eliminating a solution or alternative too hastily due to a view which is
too pessimistic (or too cautious), when appropriate studies could have
shown that with certain provisions this would have been a technically
and economically acceptable solution;
➨ underestimating or failing to detect very serious difficulties with a solution or alternative which at a later point, after studies and investigation,
could prove to be far more complex and costly than shown by the preliminary study.
Comment: In certain complex cases, it may prove necessary to proceed with
a more thorough Preliminary Geotechnical Site Study (G 11), and at this point
also proceed with a Preliminary Design Geotechnical Study (G12), in order to
consolidate the assessment of the technical feasibility and of the planned
structure at a reasonable cost. It may then prove necessary to proceed with
major investigation work at this phase: core drilling, or even exploratory adit
(cf. note a of § 4.1).
4.4 - Preliminary Design phase (AVP)
This initial risk review, which must be as comprehensive as possible, is expert
work, requiring extensive experience of underground works and making
constant reference to cases experienced in construction conditions similar to
those of the project concerned. For each of the risks, a sheet must be drawn
up, describing the following:
⇒ the risk sources;
⇒ the likelihood of occurrence of any adverse event;
⇒ the consequences of the event should it occur;
⇒ possible risk treatment to reduce the level of risk.
At this stage of preliminary studies, risk treatment is essentially aimed at offering
an investigation and study programme to specify the geological, hydrogeological
and geotechnical situation as well as the seriousness of the geotechnical problems likely to be encountered. This programme is based on a preliminary geological model summarising the available data, as well as the uncertainties and
unknown factors, which are still (very) numerous at this stage.
6
330
For this phase, initially there is a “Preliminary Design Geotechnical Study”
(G12). This follows a procedure which is virtually identical to that of the previous
phase apart from two differences:
⇒ there is more data which is (in principle) more relevant as this data
shows the findings of investigation work and specific studies for the project
(decided on either at the end of the previous phase or at the beginning of
this phase);
⇒ the risk assessment and choice of treatment procedure starts to take
into account the construction methods envisaged and vice versa.
The result of this is, firstly, a more detailed geological model which is (in principle) more reliable and, secondly, a table describing the risks which is also
more detailed; in particular, major events 6 are identified, along with the general
principles for limiting their consequences. It should be noted that the risk description also depends on the construction method envisaged; this may lead to
In order to ensure consistency with the vocabulary recommended by standard ISO 31000, the term “event” replaces the term “unexpected event” used in standard NFP 94-500.
Secondly, since the MOP law specifies that the provisional cost of works must
be established on completion of the Preliminary Design survey, at this phase
the G12 mission should be followed by a Project Geotechnical Investigation
(G2), leading to a design which is sufficiently thorough to enable an estimation
of this nature. This G2 mission is distinct from the previous ones due to the
clearly higher level of knowledge (specific surveying has already been carried
out), taking into account the construction methods which have already been
defined, dimensioning of structures and the identification of major events and
measures planned to reduce their consequences (cf. note a of § 4.1).
Documents to be supplied. As for the previous phase, standard NFP 94-500
lays down very specifically (cf. § 7.2 of the standard) the content of the Preliminary Design Geotechnical Study necessary for compiling the Preliminary
Design file (AVP) as specified by the MOP law. Similarly, in addition to the services laid down by § 7.2.2. of the standard, the Preliminary Design file (AVP)
must include a formalised presentation of the same documents as the Preliminary Survey file, including of course, a greater degree of detail using the
information gathered during the investigation and treatment works conducted
between the two phases.
4.5 - Project phase (PRO)
During this phase, the Project Geotechnical Investigation (G2) carried out during
the previous phase is updated and finalised, including in particular the additional investigation work and the measures aimed at minimising the risks. In
principle, the project is fully defined at the end of this phase, except in certain
cases where certain details are finalised when the DCE is compiled. It is also
at the end of this phase that the table shown below listing and presenting the
risks is drawn up in its almost final form (cf. Appendix 7).
Attention is drawn to the fact that this table of risks forms the basis upon which
the Project Owner makes the final decision as to the risk management strategy
(acceptance of residual risks and determining related measures), before
moving on to the contract of works. It is therefore necessary for the project
manager to proceed with a detailed analysis of possible scenarios and consequences for each of the risks, describing these in detail and estimating their
possible additional costs and extended lead times, in order to inform the Project
Owner’s strategy as much as possible.
Documents to be supplied. As for the two previous phases, standard
NFP 94-500 lays down very specifically (cf. § 8.2 of the standard) the content
of the Preliminary Design Geotechnical Study necessary for compiling the Project file (PRO) as specified by the MOP law. Similarly, in addition to the services
laid down by § 8.2. of the standard, the Project file (PRO) must include a formalised presentation of the same documents as the Preliminary Survey and
Preliminary Design files, but in a more finalised form, as in principle this phase
is the final study phase and, except in particular cases, there is no investigation
or design work after this phase other than additional investigation work required
for the treatment of certain risks and on-progress investigations during the
course of works.
The risks not fully treated at the end of this phase are therefore all residual
risks, the level of which must be brought to the attention of the project owner
to check their acceptability. To do this, for this final study phase a summary
table of all the risks examined is recommended (Register of Risks) such as the
one presented in appendix 7, setting out in detail the likelihood and consequence for each of the project owner’s objectives. The project owner should
use this table as a basis for the Risk Management Plan to be drawn up for
the finalisation of the DCE and contract.
NB: As already stated (cf. § 4.1, note c), the Project Geotechnical Survey defines
the additional geotechnical investigations to be conducted during the construction phase, the different threshold values associated with the methods (convergence, settlement, vibration velocities, etc.) as well as the necessary inspection
procedures to ensure measures are monitored and to check adherence to
threshold values.
Lastly, at this stage, it may be desirable for the project owner to involve its
insurers (if this has not already been done).
4.6 - Assistance with awarding contracts of works
phase (ACT)
This paragraph is limited to the consultation phase and does not deal with the
means of remuneration for residual risks, which is within the remit of AFTES GT25.
To present all the elements playing a part in taking into account uncertainties and
geotechnical risks in an underground works project, an architecture replicating
that of the first AFTES GT32-1 recommendation (2004) is suggested. This
suggested breaking down the DCE geotechnical file into three Books A, B and C.
4.6.1 - Raw data – Book A
All the available raw data relating to geology, hydrogeology and geotechnics
is grouped together in a factual file known as “Book A”. This Book also includes
data relating to anthropic remains (shafts, galleries, pits and old foundations).
In addition, it is suggested that raw data relating to the existence, location and
pathological condition of neighbouring structures belonging to the ZIG and
likely to be affected by the works (such as surface constructions, above and
below-ground infrastructures, etc.) should be treated in the same way; this
data should be listed as geotechnical data and included in the factual file known
as “Book A”.
4.6.2 - Summary and Register of Uncertainties - Book B
Pursuant to Fascicle 69 of the CCTG – Works and the first GT32 recommendation, the interpretation of geotechnical data by the project manager and their
view of the geological situation and expected construction conditions are the
subject of the Summary Geotechnical Report (MSG). This document has been
designed to be made contractual (cf. Fascicle 69) and was referred to as “Book
B” in the first GT32 recommendation. The “Register of Uncertainties” described
above (§ 3.1.4) may constitute the last chapter of this Report.
M
the exclusion of certain construction methods.
331
As for geotechnical data, the interpretation of the data relating to the
surroundings and the designer’s assessment of their condition and sensitivity
may be included in the Summary Geotechnical Report (Book B).
4.6.3 - Design Report and Register of Risks – Book C
Following on from Books A and B, the first GT32-1 recommendation defined
a “Book C” or “Design Report”, in which the project manager presents and
gives grounds for the construction provisions proposed in the DCE. These may
be adjusted or modified by the contractor in its offer. This document lists
all the risk treatment measures required or proposed by the project manager,
in particular action aimed at protecting the environment (buildings, existing
structures, underground and surface water, wildlife) with respect to harmful
consequences of the works undertaken.
The “Register of Risks”, presented in the form of a table as shown in the PRO
phase (cf. § 4.5 below), may form the final chapter of this “Book C”, be the
subject of a separate document, or be included in the “Risk Management
Plan” planned in the new version of Fascicle 69, to be published in 2012. This
Register of Risks would thus form the database required for drawing up the
Risk Management Plan, in particular for the envisaged remuneration provisions. An
example for the presentation of the Register of Risks is provided in appendix 7.
4.7 - Case of design / construction or other advance
assignment processes
Use of processes in which the construction contract is assigned well before
the works is observed increasingly frequently, with the call for tender and resulting bids often carried out with very little investigation work having been done.
In these cases, the level of uncertainty and risk is potentially very high, and in
any case poorly known by the project owners (or concession awarder), as well
as by tenderers.
This lack of knowledge is sometimes obscured by the provision of a Register
of Risks that is supposed to compensate for the low level of knowledge. This
approach is not satisfactory; indeed, experience shows that when a project is
drawn up, the lack of investigation work often leads to an initial view of the
geological model that is simplistic and optimistic, concealing its high degree
of uncertainty.
Often, initial investigation work in this case have the effect of significantly
increasing the level of uncertainty “felt” by designers: this means that they
become aware of the complexity of the actual situation as they acquire initial
information drawn from the terrain. The upshot of this is that apart from certain
geological situations which have already been investigated elsewhere, it is
appropriate to treat risk studies compiled when little investigation work
has been done with extreme caution, as they are often far removed from
the actual situation.
Risk control is therefore based above all on the relevance of investigation work
and the use made of this work. Consultation carried out on the basis of uncer-
332
M
tain information does not allow the project owner to ensure the compatibility
of possible risks and compliance with its objectives.
Furthermore, project owners can sometimes erroneously believe that involving
the construction company in the design will make the contractor liable for all
risks inherent in the construction of the project. In fact, it is not possible to
contractually transfer risks which have not been defined, at least in the form
of potential events, just as an insurance firm will insure only clearly defined
risks (events, consequences, and likelihoods). To enable a stakeholder (project
owner or construction company) to bear or transfer a risk in any manner whatsoever, they must have the information enabling potential events and their
consequences to be identified, and therefore an appropriate level of knowledge of the situation. If, on occurrence of a risk, it is proven that the information
available did not allow this risk to be identified and defined, the consequences
of this “unforeseeable event” will be borne by the project owner.
Given this state of affairs, some project owners may envisage transferring all
possible, imaginable risks, defining these them very broadly, aiming to cover
all eventualities. However, to do so they must then check beforehand that the
occurrence of these risks remains compatible with their objectives; in actual
fact, this will rarely be the case. In addition, they may not formally transfer
these risks, since bidders do not have the information enabling them to define
these risks and will therefore be incapable of defining their level of cover. As
a result, bidders who decide to respond to calls for tender will take gambles
which they are not really in a position to shoulder. This leads to unfair, unhealthy
contracts between stakeholders, and therefore to unmanaged risks.
Lastly, it is important to note that these non-conventional processes for assigning contracts have been designed for specific situations which must have
proper grounds and be legally valid. They do not provide solutions or improved
risk management for a project in and of themselves. On the contrary, it may
even be considered that operations with high levels of uncertainty (with high
risk) are unsuited to this type of approach and contract. This is for the above
reasons and also due to the following factors:
• Construction companies cannot be asked to manage the project owner’s
risks, in the sense of “identifying them, evaluating their consequences, choosing the means of treating them and/or covering them”: the normal, legitimate interests of construction companies are not those of the project owner;
• If each bidder offers its own analysis and risk cover, the principles of equality
and fairness of bids are very difficult to observe in the case of structures
with high levels of uncertainty, leading to very high legal risks, unless the
financial criterion is made the main criterion. If it is, this will mean choosing
the bid involving the least risk, which in turn will lead to risks not being
managed by the project owner, and thus to uncontrolled drift in costs and
lead times.
If the project owner has to choose this type of procedure for unavoidable reasons, the risk management principles developed in this Recommendation
remain relevant. To carry through the process described, the project owner
must ensure it benefits from a high level of competence in geotechnics and
underground works, so that the following can be achieved:
a) prior to launch of the consultation: carrying out investigation campaigns
for fundamental data (geology-hydrogeology-geotechnics, existing structures,
buildings, etc.), the level of which must be appropriate to the complexity of
the situation. This must be even more detailed than in a conventional case,
because the design by the designer and construction company will be “valid”
only if this data is relevant.
b) during the consultation process: being able to judge the relevance of the
risk management process implemented by the designer and construction company, and more particularly assess the treatment measures adopted or
planned, as well as the seriousness of the consequences of residual risks with
respect to its objectives.
c) during construction: monitoring the progress of works, and being able to
judge the acceptability of any requests for additional remuneration presented
by the design-construction company.
5 - Bibliography-
AFTES Recommendations
Other publications
[1] AFTES (2003) – GT1 recommendations: Caractérisation des massifs
rocheux utile à l’étude et à la réalisation des ouvrages souterrains. Revue
Tunnels & OS, no. 177, pp. 138-186.
[2] AFTES (2004) – GT32-1 recommendations: Prise en compte des risques
géotechniques dans les DCE. Revue Tunnels & OS, no. 185, pp. 316-327.
[3] AFTES (2007) – GT25 recommendations: Comment maîtriser les coûts de
son projet. Revue Tunnels & OS, no. 201, pp. 128-168.
[13] Piraud, J. (1996) – Vers une meilleure maîtrise de l’incertitude propre aux
coupes géologiques prévisionnelles. AFTES study days, Chambéry, pp.
245-250. Editions Spécifique.
[14] Lombardi G. (2002) – Les risques géotechniques dans l’évaluation financière des tunnels non urbains. Revue Tunnels & Ouvrages souterrains, no.
173, pp. 321-325.
[15] Bianchi, G.W, Perello P, Venturini G., Dematteis A. (2009) – Determination
of reliability in geological forecasting for tunnel projects: the method of
the R-index and its application on two case studies. Proc. ITA-AITES World
Tunnel Congress, Budapest, pp. 23-28.
[16] Bieth, E., Gaillard C., Rival F., Robert, A. (2009) – Geological Risk: a methodological approach and its application to 65 km of tunnels under the
French Alps – AITES/ITA World Tunnel Congress, Budapest.
[17] Robert, J. (2009) – L’accompagnement géotechnique indispensable pour
la réussite d’un projet – 17th International Conference on Soil Mechanics
and Geotechnical Engineering, Alexandria, vol. 3, pp. 2711-2714.
[18] Gaillard C., Humbert E., Rival F., Robert A., (2011) Le management des
risques géotechniques est-il toujours pertinent ? - AFTES International
congress, Lyon – 17-19 October 2011.
[4] MOP law – Amended law 85-704 of 12 July 1985 relating to public sector
contracting and its relationship with private project management.
[5] Swiss standards:
SIA 197 - Tunnel projects; general basis
SIA 199 - Study of surrounding rock formations for underground works
SIA 118/198 - General conditions for underground constructions
[6] AFNOR – Documentary fascicle no. FD X 50-117 (April 2003): “Management
de projet – Gestion du risque”
[7] ITA/AITES, Working Group No. 2 (2004) - Guidelines for Tunneling Risk Management – Tunneling & Underground Space Technology, No. 19, p. 217-237
[8] AFNOR standard no. NFP 94-500 (Dec. 2006) – Geotechnical engineering
missions, classification and specifications.
[9] ITIG (2006) – Code of Practice for Risk Management of Tunnel Works.
Recommendations of the International Tunnelling Insurance Group, English
and French versions published in Tunnels & OS, no. 214, Nov. 2009, pp.
188-224.
[10] ISO 31000 standard: 2009 (F) – Management du risque; principes et lignes
directrices
[11] ISO standard Guideline 73: 2009 (E / F) – Risk management; vocabulary
[12] Ministry of Ecology – Fascicle 69 (Travaux en souterrain) of CCTG-Travaux
– New version (introducing the principle of a Risk Management Plan). To
be published in 2012.
M
Standards, regulatory texts and other
recommendations
333
M
6 - Appendices-
Appendix 1 - Correlations with existing literature
The purpose of Appendix 1 is to compare this Recommendation with other
documents dealing with risk management, more particularly the previous
Recommendation, GT32-1.
A) As to the three Books, this recommendation, GT32 R2F1, is in full agreement
with GT32-1, in that structuring the geotechnical file into three books A, B and
C has been preserved and extended either fully or in part to the preliminary
design phases.
1 - GT32-1 recommendation
Published in 2004 [Ref. 2], Recommendation GT32-1, “Prise en compte des
risques géotechniques dans les dossiers de consultation des entreprises pour
les projets de tunnels”, (“Taking into account geotechnical risks in tender documents for tunnel projects”) took into account only the drafting of tender documents (DCE), as its name indicates. This Recommendation was applied
immediately on publication and is currently widely used in the profession. In
order to preserve the benefit of this Recommendation, it should be revised in
terms of both form and content, in order to make it consistent with this Recommendation, GT 32.R2F1.
1.1 - Consistency in terms of form
C) Regarding the application to tender documents (DCE), which is not dealt
with by this recommendation, GT32.R2F1, care should be taken to ensure that
any revision of recommendation GT32-1 is consistent with the text of the new
fascicle 69 (to be published in 2012) and its application document (yet to be
drafted).
The application of the strict terminology selected for standard ISO 31000
involves rewording certain terms and expressions. Examples:
• “unforeseen event” should be replaced by “risk” or “event”
• “uncertainty” should usually be replaced by “risk”,
• “difficulties” should be replaced by “consequences” or “events”,
• “probability of occurrence” should be replaced by “likelihood”.
2 - AFNOR document: FD X 50-117
Lastly, revision of Recommendation GT32-1 is an opportunity to rectify a number of copywriting issues, including the following:
• In § 1 “Purpose of the recommendation”, the note discusses specific terminology for natural risks (including the term “unforeseen event” (‘aléa’)),
which, apart from this specific term, is never used in the text.
• In the same note – cf. § 1 “Purpose of the recommendation”, the following
is stated: “the term “geological accident” should not be used to refer to…”,
whereas in § 5.2 section 3, “Description of persistent uncertainties”, this
exact term is used; it also features in the legend for a figure entitled “Collapse
of the cutting face”. AFTES confirms that this term is ambiguous and should
be avoided.
1.2 - Consistency in terms of content
The main contributions of recommendation GT32-1 include the following:
• presentation of the elements making up the geotechnical file in three books,
A, B and C, (and particularly the creation of this third book C: Design Report);
• distinguishing three types of uncertainty: type 1, type 2 and type 3 uncertainties, with the latter equivalent to “unforeseen” in the sense of “unforeseen events”;
• their application to DCE.
334
B) Concerning the distinction made between type 1, 2 and 3 uncertainties,
the further examination carried out in this recommendation offers an opportunity to replace this categorisation into three types of uncertainty by the list
and description of uncertainties presented in § 3.1.4, “Register of Uncertainties” in the text of the recommendation.
AFTES will undertake a review of recommendation GT32-1.
This is a documentary fascicle rather than a standard. The document, entitled
“Management de projet – Gestion du risque” (Project management - Risk
management) [Ref. 6] is applicable during the implementation of a project risk
management process.
“Project risk” is defined in this fascicle as an “event the occurrence of which
is not certain, and the manifestation of which is liable to affect the project’s objectives”. This definition is very close to the definition of risk supplied in the ISO
standard. Moreover, it is relatively simple to establish a correlation between
the principal definitions (see the table below, although the term “seriousness”,
used here and in the RFF manual examined subsequently, used to define the
magnitude of the consequence, has no equivalent in the ISO standard, which
does not make use of this concept).
AFNOR FD X 50-117 April 2003
AFTES GT32.R2F1
“project risk”
“risk”
“seriousness”
“Magnitude of consequences”
“criticality”
“level of risk”
“probability of occurrence”
“likelihood”
“risk estimation”
“risk analysis”
“risk evaluation”
“residual risk”
“residual risk”
This AFNOR document also suggests classifying events into four categories,
as presented in the table below:
Non-identifiable
Virtual event
unexpected
Identifiable
Non-quantifiable
unforeseen event
Identifiable
Quantifiable
Risk
problem
Event that has occurred
It should be emphasised that the acceptance of “risk” adopted in recommendation GT32 R2F1 differs from this classification to the extent that it also deals
with identified events of which the consequences are very difficult to quantify,
and for which it is necessary to envisage multiple scenarios corresponding to
consequences with varying degrees of seriousness.
Apart from the distinction specified above, the approach proposed in recommendation GT32 R2F1 draws very largely on elements developed in this AFNOR
document.
3 - ITIG recommendations for risk management for
underground works
direct project ownership. Although it uses different terms (or the same terms
with differing definitions), its vocabulary is very similar to that of the GT32.R2F1
recommendation and it is relatively simple to establish correlation between
terms:
RFF Manual
AFTES GT32.R2F1
“acceptability”
“acceptability”
“treatment action”
“treatment action”
“unexpected event”
“event in question”
“cause”
“risk source”
“consequences”
“consequence”
“criticality”
“level of risk”
“probability”
“likelihood”
“seriousness”
“Magnitude of consequences”
The approach put forward in the RFF document is worth taking into consideration and certainly represents an excellent basis on which to establish
a detailed methodology of the risk management process.
5 - ITA WG2: Guidelines for tunneling
risk management
Although it uses different terms (or the same terms with different definitions),
the International Tunnelling Insurance Group (ITIG) document features vocabulary that is very similar to the GT32.R2F1 Recommendation. It is relatively simple
to establish correlation between terms (see the table below), although it should
be emphasised that a degree of ambiguity exists regarding the term “risk evaluation”, whose meaning differs depending on the document in question.
International Tunnelling Insurance
Group [Ref. E 9]
AFTES GT32.R2F1
“risk”
“level of risk”
“consequence”
“consequence”
“probability”
“likelihood”
“peril” or “danger”
“risk source”
“risk analysis”
?
Although the language difference may result in translation issues, a fair
degree of correspondence may be observed between the GT32-2 Recommendation and terms and definitions used in the ITA’s working group WG2’s
Guidelines [7]. It is relatively easy to establish correlation between terms
as shown in the table below:
ITA-AITES Guidelines
AFTES GT32.R2F1
“hazard”
“risk source”
“risk analysis”
“risk analysis”
“risk assessment”
“risk assessment”
The approach put forward in the GT32.R2F1 Recommendation is entirely
consistent with that described in the ITIG’s document.
4 - RFF risk control manual (Internal RFF document)
The approach put forward in the GT32.R2F1 Recommendation is consistent
with that described in the ITA-AITES Guidelines. The ITA-AITES document also
provides considerations relating to risk management during the call for tender
phase and finalisation of the contract, but these aspects are not dealt with in
the GT32 Recommendation, since they are taken into account by GT25.
This RFF document is destined for use with operations carried out under
M
335
M
Appendix 2 - Data quality and reliability of interpretations
1 - Assessment of the reliability of data and
anticipation of geotechnical conditions
As stated in § 3.1.2, analysis of the reliability of data is one of the most
important tasks if the state of knowledge is to be properly assessed and
geotechnical uncertainties defined.
Experience shows that defining a geological, hydrogeological and geotechnical model and the reliability of the forecasts derived from it always
involves a certain degree of uncertainty. This may relate to two groups of
variables:
• the geological, hydrogeological and geotechnical context, particularly its
complexity
• the quality of investigations.
This section describes the factors to be taken into account when assessing
the reliability of data and the anticipations of future conditions. It also describes two methods currently in use to carry out this assessment.
1.1 - Complexity of the geological, hydrogeological and
geotechnical context
Geological contexts may involve very different degrees of variability and
thus complexity. Two extreme examples may be given:
1. Simple contexts, such as certain granite and gneiss formations with geotechnical characteristics that are either uniform or only slightly variable
(except those relating to the degree of alteration); certain sedimentary basins
comprised of horizontal layers with a constant thickness usually fall within
this category, except in the event of significant lateral variations in facies;
2. Highly complex contexts, such as formations characterised by intense
tectonics that are both ductile and brittle, including multiple folding and
a number of fault systems and/or with significant geotechnical variation
between the different lithological types.
To provide a framework for the degrees of complexity in geological contexts,
the following may be distinguished:
• the complexity of the lithological and stratigraphic conditions,
• the complexity of the ductile tectonics,
• the complexity of the brittle tectonics,
• the complexity of the hydrogeological context.
Interaction between the different degrees of complexity of these lithological
and tectonic contexts allows all geological situations to be described and
represented.
1.2 - Quality of the investigations and data
Experience shows that data quality may vary widely depending on the type
336
of investigation and survey work and the methods used to carry these out.
In order to assess the resulting data quality, the various types of investigations used must be described and classified. The main types of investigation
are described in brief below:
• Surface geological mapping: in this case, data quality is determined by
the size of zone investigated, the scale of the mapping, the percentage
of outcrops, and the type of measurements taken (lithological, structural,
etc.);
• Boreholes: data quality is here defined by the type of borehole (full or
partial core sampling or destructive), the depth compared to that of the
project, the distance from the axis of the project, location with respect to
critical zones, the nature of structural measurements (“reoriented” or
not), the occurrence of in situ tests in boreholes, etc;
• Geophysical investigations: quality here depends on the length of the
profiles investigated, the distance from the project alignment, the depth
of the investigation and the method used;
• Existing underground structures: if such structures exist, the distance
from the projected structure must be appraised, as must the availability
of data carried out during the excavation, similarities with the geological
context of the project, etc;
• Exploratory shafts and galleries: in complex geological contexts, this
type of structure (which sometimes forms part of the final main structure)
may be the only method enabling geological uncertainties to be significantly reduced.
2 - Assessment of the reliability of forecasts using
the R-Index method
A number of methods designed to evaluate the reliability of geological and
geotechnical forecasts as accurately as possible have been published in
recent years. The method known as the R-Index (for “Reliability Index”) is
shown below (cf. Bianchi et al., 2009; Perello et al., 2005) [15]. Another
method of analysis,which also involves the evaluation of reliability, is represented by the method for cost estimate of geotechnical risks, developed by
CETU (cf. Bieth, Gaillard et al., 2009) [16], [18], described in Appendix 7.
The R-Index method was designed to correlate the quality of geological
investigations with the complexity of the project’s geological setting.
The first stage involves subdividing the tunnel axis into sections of uniform
length, irrespective of the encountered geological conditions. In the following
stages, two types of parameters are analysed for each section: firstly, the investigation parameters, and secondly the “system parameters”, more particularly
those allowing the geological setting and its complexity to be defined.
The investigation parameters comprise the following elements:
• Surface geological mapping: the size of zone investigated, the scale of
the mapping, the percentage of outcrops, and the type of survey (geological, geological/structural, etc.);
Analysis of investigation parameters makes it possible to define a quality
index for the investigation works carried out for each section.
The system parameters are represented by the following elements:
• The complexity of the lithological context: this relates to the lateral and
vertical variation of thickness of lithological layers;
• The complexity of the ductile structural context: this relates to the number
and type of ductile deformation phases;
• The complexity of the brittle structural context: this relates to the number
and type of fault systems occurring in each section.
Similarly, analysis of the system parameters makes it possible to define a
complexity index for the geological setting in each section.
The following phase involves establishing a correlation between the investigation parameters and system parameters for each section being analysed. The aim of this is to check whether the investigations carried out are
capable of providing reliable forecasts in the light of the complexity of the
system. Correlation between these various parameters is established by
means of interaction matrices, often used for problems of a statistical nature
in applied geology. The final result is thus a Reliability Index (R-Index) value
ranging between 0 and 10 assigned to each section of the project layout.
The various degrees of reliability are supplied in the table below:
R-Index
Reliability
Value
7,5 - 10
5 - 7,5
Description
Good to
very good
Limits and faults reported in this kind of section are
definitely present and will be encountered within an interval of
± 25-50 m; the margin of error for the thickness of lithological
layers may be between 10 and 20%.
Average to
good
definitely present and will be encountered within an interval
of ± 50-100 m; the margin of error for the thickness of
lithological levels may be between 30 and 50%. In addition to
those indicated, other minor faults may be present.
2,5 - 5
Poor to
average
0 - 2,5
Unreliable
or not at
all reliable
definitely present and will be encountered within an interval of
± 100-200 m; the margin of error for the thickness of
lithological layers may be between 50-100%. In addition to
those indicated, other principal faults may be present.
Limits and faults reported in this kind of section may be absent,
and other elements may be present. The thickness of lithological
layers is not defined. Geological elements other than those
forecast may be present.
3 - How to improve the reliability of geological
forecasts?
A list of general recommendations is given below. These are supplied for
informational purposes and are designed to improve data quality and reliability in the resulting anticipated geological and geotechnical forecasts.
A. Surface geological measurements
• An investigated area that is sufficiently large (the size will depend on the
overall geological structure)
• Geological and structural measurements including characterisation of
fault zones
• Analysis on a scale consistent with the project phase
With the development of 3D modelling (see below) the acquisition of new
data will increasingly make it possible to test and update interpretations
and models for the section under consideration, virtually in real time.
B. Boreholes
• A sufficient number of boreholes to characterise the entire length of the
project alignment
• Core sampling for the entire length of the boreholes
• Boreholes whose length is appropriate for the depth of the structure
• As close as possible to the project alignment
• Representative sampling of the various geotechnical units identified
• Conducting in situ testing for detailed characterisation of the formation
C. Geophysical investigations
Geophysical investigations often make it possible to optimise the location
of boreholes. Consequently, the former should be carried out first, with their
interpretation updated if necessary once the results of direct investigations
are available.
• A sufficient number of sections to characterise the entire length of the
project alignment
• An investigation depth that is appropriate to the depth of the structure
• As close as possible to the axis of the project
• In zones that are tectonically complex, structural analysis using a method
to reorient structures in their real position
• High-resolution methods to be preferred
• Using a method that is appropriate to the type of information being sought
and the depth of the project
• Benchmarking using core samples is vital for all indirect investigation
methods
• Interpretation carried out jointly by the geophysicist and the geologist
D. Establishing a geological model and 3D modelling
In order to improve interpretation of a zone under investigation, multiple
geological cross-sections (longitudinal, horizontal and transverse) should
be carried out and their consistency checked.
3D modelling will certainly come to be used more widely in this respect,
particularly for complex zones, to test and improve the consistency of data
and interpretation within 3D space. However, care must still be taken to
ensure reliability of the anticipated geological predictions resulting from
M
• Boreholes: their number, type (cored boreholes or destructive, with or
without diagraphy, etc.), their depth with respect to the depth of the tunnel
and their distance from the alignment;
• Geophysical investigations: the method used, the length of the sections,
the distance from the alignment and the depth of investigations.
337
extrapolation of geological surfaces using 3D digital models: the purpose
of these tools is not to provide a single solution, and in isolation they are
not sufficient to ensure the quality of the geological model.
GT32 recommends that the geologist responsible for modelling should be
the project geologist and not a modelling specialist from outside the project.
Moreover, it should be noted that 3D modelling is only meaningful if the
amount and types of factual data are representative of the zone under consideration.
E. Investigation planning.
Once again, the extremely important nature of investigation works carried
out right at the beginning of design work is emphasised, in order to have
time to optimise the project, particularly by modifying the alignment or
layout of the project.
4 - “Quality of Investigation” assessment sheet
The “Quality of Investigation” sheet below has been established on the
model of the Protocol Sheets developed by the ISRM’s Rock Engineering
Design Methodology Commission. These sheets deal with such specific
fields as geological conditions, local stress conditions, fractures and faults,
rock mass properties and so on.
338
M
Some 100 questions have been developed using a checklist type approach,
specifically with regard to surveying underground works. The aim is to provide
assistance in the conduct and assessment of investigations campaigns, from
establishment of the programme and site monitoring through to the procedures used to analyse the results. More pragmatically, this sheet can serve
as a reminder, destined mainly to ensure that no major technical elements
have been forgotten and that procedures for monitoring and analysing investigation work are in line with established best professional practice.
The “Quality of Investigation” sheet is qualitative in nature, and should be used
very early in a project where investigations are required. It may be completed
several times during the development and progress of a single project. The
investigation results may then be the subject of a quantitative estimation of
their reliability, for instance using analysis such as the R-Index (cf. Appendix 1).
On this sheet, each line corresponds to a question; ideally, it should be possible to answer each question in the affirmative. However, some questions
are highly dependent on the survey phase under consideration; as a result,
no answer may be possible for some questions, particularly during the preliminary study phase. Nevertheless, especially during preliminary design
and project phases, explanations of points that remain unanswered or with
a negative answer should be provided (for instance, deferred to a subsequent phase, deemed non appropriate for the site, etc.)
M
339
340
M
Appendix 3 - Development of the geological model and graphical
representation of uncertainties
1 - A relatively unsatisfactory state of the art
It must be observed that the representation of uncertain geological objects
such as interfaces, faults, changes of facies and local heterogeneous features is sometimes clumsy, incomplete, ambiguous or completely lacking.
This is a source of misunderstandings and may lead to disputes. Given that
the geological cross-section drawn by the geologist will often be used “as
it is” by design and works engineers, who have little geological knowledge,
it is vital to bear this state of affairs in mind when representing geological
information.
Moreover, experience shows that the comments and reservations expressed
by the geologist are gradually forgotten (or in some cases deleted) from
successive project documents, and the Summary Geotechnical Report is
not properly read or digested by all stakeholders. Consequently, the provisional longitudinal geotechnical profile, displayed in every site office, ends
up acquiring a status far in excess of that intended by the geologist who
originally drew the geological model that underpins this longitudinal geotechnical profile.
2 - Development of geological cross-sections
A provisional geological cross-section is always established right at the
outset of a tunnel project. This document is characteristic of any underground project, and will change significantly as studies progress, eventually
becoming a vital tool in the conduct of the worksite. The purpose of this
section is to define a number of specifications for establishing these geological cross- sections, as appropriate for each stage of progress of the
project.
In addition, most importantly, it allows the space taken up by the projected
structures to be superimposed on the geology in 3D. The advantage of digital
models is clear, particularly since both the geology and the structures in
question are geometrically complex.
All the various types of geological cross-sections that may be drawn are
based on such a model, from which a cross-sectional segment is taken.
For this to be properly done, particularly in geologically complex sites, the
following documents should be established in succession:
a) A map of outcrops and an interpreted geological map (see § 4.1 below)
b) An Outline Geological Scheme (or “conceptual geological cross-section”). This is a clear, simple drawing (although with no precise scale), established by the geologist at the preliminary design phase. Its primary purpose
is to explain the geological structure of the site with regard to its history
(origins, tectonics, erosion, alterations, etc.).
c) A Documentary Geological Profile: this is an intermediate working document, which should be drafted as soon as investigation data is available
and implemented after each phase of surveying. On this, all the available
factual data are displayed using a detailed scale: topography, core logs,
diagraphy, piezometer readings, test results, geophysical horizons, outcrops,
exploratory galleries, etc. This cross-section interfaces with the borehole
location plan and, where applicable, with the outcrop map. Its purpose is
to show information from a variety of origins together, on a single document,
in order to sketch out the outline of interfaces, correlate data in space in
the light of the geological model, identify wild values, etc.
2.1 - From the geological model to the geological
cross-section
Fundamentally, any geological cross-section is derived from a Geological
Model. This may be defined as the idea established of the configuration of
terrain in space, at a given time and on the basis of available data. This
model is never more than an approximate representation of a little-known
reality, interpreted as well as possible by the geologist on the basis of its
knowledge and observations. Naturally, this interpretation will change and
become more accurate as survey work progresses.
“Optimistic”
“Realistic”
“Pessimistic”
“Optimistic”
“Realistic”
“Pessimistic”
}
}
Limits of the valanginian marls
Limits tertiary schists / limestones and
sandstones of the Axen formation
Figure 1 - Example of graphic display of several geological hypothesises
(radioactive waste storage project, Wellenberg, Switzerland).
M
In the mind of the geologist, the geological model is necessarily threedimensional. In order to represent it, a series of cross-sections have been
often used, or sometimes even models. Today, computer technology makes
it possible to create a virtual model and visualise it from any angle. This
also makes it easier to achieve geometrical consistency between investigation data, outcrops and interpretative vertical or horizontal cross-sections.
341
d) An Interpretative Geological Profile: on this document, often established
on a less detailed scale than the documentary cross-section, initial data
may be partially eliminated in favour of interpreted information, representing
the geologist’s best guess: drawing the most probable interfaces (with,
wherever possible, a graphical representation of the uncertainty), the supposed position of faults, a graphical description of the relations between
units, whether deformation is ductile or brittle, etc.
In order to prevent information loss, documents “c” and “d” above may be brought
together into a single document, known as the provisional geological profile.
2.2 - The longitudinal geotechnical profile
Once the preliminary design survey work has been completed, the results
should be shown on a summary sheet known as a “Longitudinal Geotechnical Profile” (equivalent to the term “geotechnical model” used in the rail
industry). This document is drawn at a horizontal scale that varies depending
on the complexity of the site and the progress of the project (generally between 1/10,000 1/2,000). It comprises two parts:
⇒ at the top, the interpretative geological profile described above. In graphical format, and including notes and boxes, this incorporates all the
relevant information enabling geological uncertainties and heterogeneous features to be clearly shown;
⇒ at the bottom, horizontal lines, describing, for each encountered geological formation, its lithological, hydrological and geotechnical characteristics in the form of mean values and comments (for instance, the
percentage of occurrence of each class of terrain, mean strength +/standard deviation, probable discharge per lm, etc.).
The presentation and content that is desirable in this longitudinal geotechnical
profile has been detailed in AFTES’ 2003 GT1 Recommendation (p.168), but may
vary considerably depending on the site. In practice, this longitudinal profile is
still the major undertaking by the project’s geotechnician: this means that it must
be immediately understandable and usable by civil engineers responsible for the
design and construction of the underground structure. Experience shows that it
will become their principal worktool: consequently, particular care must be taken
with the drawing, the related comments and the terms used in the legend.
Furthermore, it is recommended that the following text should feature in a
box: “this Longitudinal Profile should not be taken in isolation from the Summary Geotechnical Report of which it is an illustration”; similar notes
should be included in the latter.
M
Geological maps and cross-sections are established by geologists on the
basis of data supplied in varying degrees of reliability and abundance. They
reflect the author’s understanding of the geology in question, in line with
available data, the geological environment and regional geographical knowledge (cf. Appendix 2). The abundance and relevance of data will of course
have a primary influence on the reliability of the document. However, this
reliability may be enhanced by feedback from neighbouring geological
contexts that are also used to draw up the document.
With regard to geological cross-sections destined for civil engineering,
unlike more conceptual “academic” cross-sections, it is particularly important to be meticulous and accurate regarding the geometry of layers (thickness, incline, folds, etc), the location of contacts and faults, and the
uncertainty of these locations. Indeed, the consequences of these uncertainties may be highly significant when it comes to design of the structure,
its mode of construction, and so on.
GT32 has therefore formulated a number of recommendations on the way
to represent geology and the related uncertainties on documents used for
civil engineering. The aim is that ultimately, a graphical representation
should be achieved that makes it possible to see the extent of both knowledge and lack of knowledge regarding the terrain that may be crossed by
an underground structure. In general, GT32 recommends the following:
• Drawing a clear distinction between the factual data that enabled the
geologist to draw a map or cross-section and the interpretations (and
keeping these separate). Indeed, it may be important for other stakeholders (such as other geologists that may take on the project subsequently)
to know what data has been used to draw up the map or cross-section.
The best way of showing the degree of uncertainty of a map or crosssection is to feature both the certain factual data that has been used to
draw it and the extrapolations made by the geologist;
• Ensuring that maps and cross-sections feature only unambiguous figures
and symbols. It should not be possible for these to be considered as properly located and geometrically constrained elements of the geological
structure of the formation. In particular, this applies to symbols relating
to karst cavities, folds, seams and other non-uniform features that cannot
be represented with accurate geometry and location;
• Representing the uncertainty with regard to the existence and/or geometry of the geological object shown as well as possible on cross-sections,
particularly adjacent to the projected structure.
4 - Graphical representation of geological data
4.1 - Data to be shown on the geological map
3 - General recommendations
Maps and geological cross-sections are designed to provide a continuous
representation of the geological nature of underground space on the basis
of discontinuous observation and data available in varying degrees of abundance and density. They are therefore interpreted documents or “models”
providing a two-dimensional representation of the most likely geology. 3D
models are constructed on the same basis; they will be dealt with subsequently, due to the fact that they are more complex.
342
The geological map constitutes the foundation document for any geological
study. It is vital in order to establish geological profiles and 3D models.
For underground works, the geological map is an intermediate document
that will be little used by the civil engineer. However, it is worth observing
a number of “rules” when drawing up these maps, particularly in order to
avoid any information loss in the event of a change in the geologist responsible for the project.
Ideally, any geological map should be accompanied by an outcrop map,
either in the form of a separate document (a “documentary map”), or
on the geological map itself, with outcrop zones distinguished by darker
or closer shading, for instance, or with a specific outline, as shown
figure 2.
The outcrop map should also show superficial loose soil that may have an
impact on the project (alluvial deposits, landslips, active soil movements,
alteration facies, etc.); many urban tunnels are excavated entirely in socalled superficial formations (loose or cohesive) that should be dealt with
like any other geological formation. For deep structures, representing
outcrops for superficial formations is important when these are thick enough
to completely conceal the bedrock (in this case, representing them indicates
that no direct observation of the bedrock has been possible from the
surface).
• At depth, direct observations may be made using boreholes (particularly
cored boreholes), and in some cases existing underground works (quarry
workings, mineshafts, hydraulic shafts, etc.) or exploratory adits . These
can be very reliable with respect to lithological information (except for
positioning errors), but are less accurate with regard to structural data
(measuring these in the “actual position” in a borehole or core sample
is always a cumbersome and delicate task).
Moreover, observations made in boreholes or exploratory adits are not
always exactly located on the cross-section. The further away the borehole
is, the greater the degree of uncertainty of the projection on the cross-sectional plane. Furthermore, the best projection direction must be chosen in
line with the direction of the layers; this requires these must be known.
Potential projection errors therefore introduce an additional degree of uncertainty in how the layers are represented. Consequently, it is recommended
that boreholes should be indicated on cross-sections (along with their projected trajectory) by distinguishing (using an unbroken line) those that are
“close” to the profile plane (with a distance to be determined on the basis
of context) from those (using a dotted line) that are farther away (either in
front or behind) with respect to the profile plane.
Where possible, it is worth adding an excerpt from the outcrop map along
the tunnel alignment above the geological cross-section, in such a way as
to present the location of the factual data used (the position of outcrops,
boreholes, etc) on a single document.
Figure 2 - Part of an interpreted geological map with indication of outcrops.
Geophysics (seismic elements, magnetism, gravimetry, etc.) may supply
indirect information about the nature and structure of the soil and the location of interfaces, if there are significant litho-structural contrasts. However,
the results of geophysics may only be used if they can be pegged to core
samples and if the geological structure is not too complex: if both these
conditions are fulfilled, they may supply highly valuable information as to
the continuity of layers between boreholes (or lack thereof).
4.3 - Representing interpreted geology
4.2 - Data to be shown on geological profiles
Geological profiles are established using both surface and below-ground
data:
• On the surface, the geological map makes it possible to locate contact
points, faults and other specific data (faults, families of discontinuities,
sinkholes, etc.) with the related degree of uncertainty (see below);
4.3.1 - Representation
Care must be taken when choosing representations on a map or geological
cross-section:
• anisotropic representation may be used to represent the anisotropy of
rocks (alternating sedimentary beds, the principal schistosity, etc.), but this
is only worthwhile if there is a clear idea of the actual orientation of this
anisotropy. Indicating a potentially erroneous orientation on a cross-section
may lead the engineers that will be using the cross-section into error;
• representing multiple folds of the terrain by a representation of folds probably has fewer implications, but clarification is required as to whether
this is a “symbolic representation” showing the repeated existence of
folding, or if it concerns actual folds that have been observed on site;
• in the event of a non-uniform formation, heterogeneous aspects such
as enclaves of varying sizes, major beds, lateral variations in facies, karst
cavities and so on should only be shown if their presence is proven or
M
In addition to outcrop zones, all the numbered geo-referenced observation
points (GPS) should be indicated on the final geological map (or at least on
the documentary map). Particular information relating to these observation
points can be indicated directly on the map (for instance, structural measurements). The presence of these observation points on the outcrop map
indicates that they have been directly observed. These points and their geolocation should also be recorded in a database or Excel spreadsheet and
supplied with the cartographic documents.
343
highly likely at the location at which they are indicated. If this is not the
case, the presence of these heterogeneous aspects should be indicated
in the legend, and perhaps by an unambiguous, symbolic representation
(and, locally, by a warning signal, see below).
More generally, rather than using potentially ambiguous representations,
geological formations should be differentiated by plain colours (or shades
of grey), with representations being reserved for highly specific cases. An
alternative solution involves representing the detailed tectonic style in
“close-ups”, surrounded by circles, as if a magnifying glass was being placed over a particular area.
4.3.2 - Legends
Legends are extremely important on maps and geological cross-sections.
They must be complete, sufficiently detailed, meticulous, and above all
consistent with the text of the report. Explanatory notes and comments may
also be of use.
4.3.3 - Additional graphical elements
On geological cross-sections (and in some cases on maps), it may be worth
drawing attention to the rock characteristics using a warning sign similar
to that shown below (in this case, highly folded rock with poorly determined
geometry).
Figure 3 - Example of a warning sign
On geological cross-sections (and in some cases on maps), it may be worth drawing attention to the rock characteristics using a warning sign similar to that
shown above (in this case, highly folded rock with poorly determined geometry).
This type of warning sign may be used to indicate the local presence of a
highly fractured or extremely karstic zone (in addition to the information
supplied in the legend). This data must also feature on the horizontal lines
located beneath the longitudinal geotechnical profile, with large dots or red
stars to alert readers.
It may also be worth introducing additional graphical representations on
the geological cross-sections (or on a separate document), for instance in
the form of miniatures (“close-up” windows centred on key sectors) or perpendicular cross-sections. References to other written or graphical documents are also encouraged.
5 - Representing uncertainty relating to geological
interfaces
5.1 - Line thicknesses
For both maps and geological cross-sections, representing uncertainty is
usually achieved by differentiating the type of line used to mark geological
344
M
contours and faults. We recommend three levels of representation for each
of these linear elements (although it should be noted that these levels have
slightly different meanings depending on whether they refer to contours or
faults):
a) For geological contours, the uncertainty represented relates mainly to
the cartographic line of the contour (and not, generally speaking, to its existence):
⇒ Unbroken line: reserved for contact points that can be directly observed on site (shown by the outcrops indicated or by an observation
point): there is little or no uncertainty as to their location at the scale
of the representation in question;
⇒ Broken line: the contour has been drawn with average accuracy (with
a numerical degree of uncertainty that depends on the scale of the
representation, to be specified in each case);
⇒ A dotted line with, if appropriate, interspersed question marks: the
contour has been drawn very approximately, and its existence in the
zone under consideration is in doubt.
In some cases, the geologist may draw a number of different scenarios in broken dotted lines, on a number of different sheets or in separate boxes (fig. 1).
If there is doubt as to the presence of a formation, a question mark at the
location of the represented formation (and not simply at the contact point)
is desirable. In the event of major doubt as to the geological nature of the
soil, it is preferable not to draw anything at all (a white area with question
marks) rather than suggesting geology which is in all likelihood erroneous.
However, the option of leaving empty areas on cross-sections should be
reserved for cross-sections drawn in the preliminary stages or, in extreme
cases, when there is an outstanding, major unknown. “Minor” gaps in knowledge may be brought together within a heterogeneous formation and detailed in the description of the latter. Another alternative is to suggest a number
of different possible lithologies, marking various rock grades on a white
background (on the map) or by drawing a number of different cross-sections
(on the geological profile).
For a gradual shift from one formation to another, a dotted representation
may be used: this does not supply information as to the accuracy of the
location (which is less important in this case) but only on the gradual nature
of the contact.
b) Concerning faults, uncertainty relates both to their existence and to
their cartographic route:
⇒ Unbroken line: the fault has been seen (on-site or using aerial/satellite imagery) or clearly deduced (from observed displacement of )
at least locally, and has been drawn quite accurately;
⇒ Broken line: the fault probably exists, and its path is relatively accurate;
⇒ Dotted line with interspersed question marks: the existence and path
of the fault is hypothetical.
At present, for both contours and faults, representation using these different
types of line is very often practised only partially, using only two types of
line. Furthermore, it is generally over-optimistic, making too much use of
unbroken lines.
5.2 - Representing fault thicknesses
The thickness of the damage zones associated with faults crossed by a tunnel project is a variable which is of considerable interest to engineers. Hatching is commonly used and indeed appropriate to represent these damage
zones, if they have actually been observed (and if the hatching is appropriate
to the scale of the document). However, in most cases these fractured zones
are not observable from the surface, since they are covered by shallow deposits. In this case, they are best characterised by means of cored boreholes.
Representing fault thicknesses by a line whose thickness is proportional to
the actual thickness is only an option on extremely detailed cross-sections.
Showing a 5 m fault (by using a line with a minimum visible thickness of 2
mm) requires a scale of at least 1/2500. Otherwise, the type of representation used may make it possible to distinguish “major” and “minor” faults
and even give numerical values (on the cross-section) for the full thickness.
However, care should be taken when it comes to the distinctions made between major and minor faults on some maps and cross-sections. From an
engineering perspective, the distinction should be based principally on
faults’ geotechnical characteristics, whereas cartographic geologists tend
to look more at their geodynamic role. For tunnel projects, it is therefore
important to be clear as to the nature and significance of the faults indicated
on geological cross-sections.
5.3 - Representation using extreme contact point positions
These various interpretations may be presented as “extreme” hypotheses,
within the bounds of realism, or as “optimistic” and “pessimistic” scenarios
that can be defined as being “unlikely” to be exceeded at either end (in other
words, reality is “highly likely” to lie somewhere between the optimistic and
pessimistic scenarios). It should be noted that this concept of “optimistic”
and “pessimistic” geological configurations already assumes some idea of
the consequences in terms of civil engineering.
It is true that representing extreme scenarios does not allow the varying
degrees of uncertainty along the profile to be catered for, and means that the
geologist has made a restricted choice. However, making such a choice has
the major advantage of being simple, very easy to understand, and immediately attracting attention. In most cases, it is virtually impossible to represent
the plethora of potential scenarios on a single geological cross-section.
It is highly difficult, and probably illusory, to imagine that probability can be
quantified any better than as falling between two extremes, except if a simple geological context and an abundance of data make it possible to carry
out a geo-statistical estimation based on meticulous calculations. In this
case, the extreme scenarios are equivalent to the bounds of the confidence
interval comprised between (m + σ) and (m - σ), where m is the estimated
mean and σ the standard error. The probability that reality will lie in this
interval is equal to 68% for a standard deviation distribution; if the bounds
are (m ± 2σ), this probability rises to 96%. This approach was used to automatically calculate and design the most probable longitudinal geological
profile along the axis of the Channel Tunnel (cf. figure 4).
To show the degree of uncertainty concerning
contours and faults clearly, another solution involves
showing the possible extreme positions (in other
words, what is commonly referred to as the “uncertainty range”). In most cases, it will be the geologists
who estimate this range on the basis of locally available data, their regional knowledge and their experience. Any such estimate is therefore interpretative,
but the geologist’s doubts should be clearly expressed
in the form of representation adopted. Geologists are
required to “show the remaining level of doubt or
ignorance with regard to their comprehension of
underground geology” in the properly understood
interest of the project owner.
5.3.1 - Representing extreme scenarios
Uncertainties and questions may be shown by presenting multiple (generally two), relatively contrasting
interpretations, as is the practice in Switzerland (fig. 1).
Figure 4 - Geological longitudinal profile of the Channel
Tunnel calculated between kilometre points PK 7 and
10.5; the median line in the middle of the red area
represents the most probable elevation of the top of the
Gault Clay; the half-width of the red uncertainty area is
equal to the standard error.
M
345
5.1.2 - Other types of uncertainty representation
The degree of uncertainty relating to the location of each geological object
(contact between two layers, fault, etc.) should be represented in detail along
the entire length of a cross-section. To achieve this, the extreme positions of
the contact point should be imagined, as defined above. It should be noted
that a gradual transition between two formations may be represented in the
same way. Four possible ways of representing these extreme positions are
described below.
Representation 1: The uncertainty range is shown on the whole of the longitudinal profile for each contact or fault (fig. 5). The resulting uncertainty range
may be shown as a line, both on the surface (outcrops) and at depth (for instance, at a borehole which has passed through a clear contact point between
formations A and B).
M
Representation 3: Here, the extreme locations of the contact points are not
shown by their actual geometry on the vertical longitudinal profile, but by standard symbols indicated on a strip located beneath the principal cross-section.
Two types of symbol may be used (fig. 7):
Type 3a: the uncertainty bar. The strip features a bar centred on the most
probable location of the contact point. This method allows uncertainty to be
shown even in the event of close contact points, by slightly offsetting the
various bars so that they do not overlap (enlarging the strip if necessary).
This form of representation may be simplified if the thickness of successive
layers is well known and the uncertainty relates only to their location. In this
case, only one uncertainty bar is shown for the entire stratigraphic series.
This type of representation is appropriate if it only concerns a few contact
points, but can quickly become illegible in the event of multiple contact points,
with overlapping uncertainty ranges.
Tunnel axis
Uncertainty bars on the contacts
Tunnel axis
Contact A/B : most probable estimated position and range
of possible positions (uncertainty bar).
Figure 5 - Representation 1: geological longitudinal profile with
uncertainty range for a contact location.
Representation 2: Representing the uncertain position of contact points or faults
should be done only at the tunnel depth, on a “mini profile” located beneath
the principal cross-section and confined to a narrow vertical area along the tunnel axis (fig. 6). The uncertainty is expressed by a strip of variable width, corresponding to the zone where formations in contact may be encountered.
The advantage of this type of representation is that it only shows uncertainties
at the project depth, which is precisely where they need to be ascertained.
However, it also has the drawback mentioned above in the event of close and/or
multiple contact points, with overlapping uncertainty ranges.
Tunnel axis
Contact A/B : most probable estimated position and uncertainty bar.
Figure 6 - Representation 2: vertical geological cross-section and
“mini-profile” at the elevation of the project with an uncertainty range.
346
Uncertainty range represented with a line +/- inclined
joinings the possible extreme positions of the contact.
Figure 7 - Representations 3a and 3b: geological longitudinal profile and
strips showing the location of contact points for the elevation of the project,
with an uncertainty bar (3a) or oblique line (3b).
Type 3b: oblique line. At the top and bottom of the strip, the extreme positions
of the contact point are shown for the project, connected by an oblique line:
the steeper its gradient, the lower the degree of uncertainty. The advantage of
this method is that it clearly visualises the contrasting uncertainty along the
cross-section, and it can be applied to successive geological contact points
even when these are very close together (cf. fig. 8).
3b type representations must however be clearly explained in the legend,
because they are less intuitive than 3a. Experience has shown that the uninitiated often confuse the uncertainty range with a horizontal geological crosssection at the tunnel depth, which is not the case. For instance, the following
diagram (fig. 8) shows part of a provisional geological cross-section that indicates uncertainties using oblique lines.
the project area to be clearly displayed, and the geometric consistency of the setting to be ensured. Ideally, each project should be
illustrated by the longitudinal geological profile, one or more transverse cross-sections and a horizontal cross-section at the elevation
of the project.
Together, compared to a single longitudinal profile, these crosssections constitute a more complete representation of the project’s
geological model. However, these cross-sections cannot be anything more than a discontinuous representation of 3D geology. In
such a model, uncertainties relating to contacts may be represented on each of the geological cross-sections, following the procedures set out above.
Figure 8 - Example of provisional geological longitudinal profile
showing uncertainty using oblique lines.
5.1.3 - Contacts which are tangent to the alignment
of a linear project
The preceding representations are appropriate for contact points that are at
a considerable angle to the vertical plane of the alignment; these will crosscut by the tunnel axis. For contacts which are tangent to the alignment, uncertainty about a contact may relate to whether it will be cross cut by the tunnel
axis. This uncertainty may be shown in one of two ways:
• by attaching a horizontal section (which may take the form of a narrow strip)
to the vertical profile, on which the tangent nature of the contact (with an
uncertainty range as appropriate) is clearly shown;
• and/or by showing other formations that may be encountered if the contact
is not cross-cut by the project. Figure 8 bis shows this possibility, combined
with an “oblique line” type representation.
Uncertainty about the position of contact
PK 9
maximum Pk
jmCM
minimum Pk
However, 3D modelling will always be a complex operation. For linear structures, it is probable that 3D modelling will remain confined to specific sectors,
due to either of complex geology or the variable complexity of civil engineering
structures. 3D digital modelling is first and foremost a tool that enables the
coherence of data and interpretations to be checked and new interpretations
to be suggested. For projects that relate to underground volumes rather than
linear structures (underground storage sites, hydroelectric caverns, underground stations, etc), 3D modelling and representation of the zone in question
will be increasingly called for.
Graphical representation of uncertainties relating to contacts within a zone
modelled in 3D cannot take the form of uncertainty ranges, which by nature
are two-dimensional. This means that a representation in the form of a 3D
uncertainty area around contacts, bounded by the estimated extreme positions
of these contact points, must be devised. To make the model clearer, this representation must be confined to contacts that are considered to be major in
terms of geotechnical incidence. Here again, the plausible extreme positions
of the major contacts may be represented on separate models.
jmC, I, tsD, tGsb
Degree of reliability about
occurrence of formations:
1-high, 2-medium, 3-low
Figure 8 bis - Diagram showing a formation that may or may not be crossed
(“oblique line” style).
5.4 - Representing uncertainties in 3D space
For projects involving linear structures, representing 3D geology is often based
on a number of intersecting 2D cross-sections. This enables the geology in
Other forms of representing uncertainty in three dimensions are also possible
if “stochastic” modelling methods are used. In this case, the modelling software
will automatically construct n geological models, all compatible with the data,
and constituting n possible variations on reality. If these models are expressed
in terms of voxels, the probability of each 3D cell lying within a given formation
may be calculated. This opens the way for a 3D representation of uncertainty.
For instance, all 3D cells with a probability of lying within a formation F in
excess of 80% may be shown: they will form the boundary of a 3D object which
has a highly complex shape.
M
Other possible formations
There have always been attempts to represent 3D geology in an
approximately continuous way, with the manual completion of
block diagrams. However, the arrival of digital technology has
really made it possible to tend towards continuous 3D geological modelling
and representation. Since the end of the 20th century, 3D modelling software
has appeared and is frequently being developed further. Use of such software
will certainly increase as its potential and ease of use progresses.
347
M
Appendix 4 - Hydrogeological risks and uncertainties
Fundamentally speaking, hydrogeology (the study of underground water) forms
an integral part of engineering geology in its broadest sense, and is even one
of its most important aspects.
In terms of underground works, the principal hydrogeological aspects to be
taken into account as potential sources of uncertainty or risk concern the following:
• The hydrogeological characteristics of the rock formations, particularly
their permeability;
• The characteristics of underground water (chemical composition, temperature, etc);
• The hydraulic load at the depth of the structure;
• The foreseen inflow rate, with the impact of water ingress on excavation
works and dealing with discharge water;
• The environmental aspects (the impact of structures on springs and superficial hydrographic networks, the drown-dawn risk of the latter, the risks of
downstream pollution, etc.).
1 - Hydrogeological characteristics of formations
The overall permeability of a formation and more particularly, the permeability
of the various lithological types interested by the underground structure, may
be a major source of risk and uncertainty, since it has a direct influence on the
foreseen water inflow rate during excavation.
Consequently, it is important to distinguish and characterise the various hydrogeological units in terms of permeability. The methods used to measure this
permeability have been described in the recommendation by GT1 “Caractérisation des massifs rocheux utile à l’étude et à la réalisation des ouvrages souterrains” (“Characterising rock formations for designing and building
underground works”) [1].
The most significant sources of uncertainty and risk relate to insufficient knowledge of permeability values and/or variations in these values within the rock
mass. Uncertainty regarding permeability and its variations within a single
lithological type must be properly indicated and represented in geotechnical
profiles and in the Summary Geotechnical Report. One way of representing
Hydrogeological Unit
Low - Very low
Unit 1
Unit 2
Unit 3
Unit 4
the various permeability values of hydrogeological units is shown in figure 9.
For appropriate risk analysis, effects relating to poor evaluation of permeability
must be assessed, and measures defined to reduce these effects (additional
permeability investigations and tests, specific tunnel installations, prior treatment of soil, etc.).
2 - Chemical and physical characteristics of
underground water
The main chemical and physical characteristics of underground water include
the following:
• The chemical composition of water, which dictates its behaviour with regard
to materials;
• Temperature values, particularly in the case of hydrothermal water or high
thermal gradients, for instance in deep tunnels.
The related uncertainties and risks relate mostly to determining the values of
these characteristics, since in general, few tests are carried out to ascertain
these parameters for logistic reasons (the need for deep boreholes, sampling
difficulties, etc.).
The main risks are as follows:
• With regard to the chemical composition of water:
- Aggressivity with regard to concrete, with for instance, the presence
of sulphates, magnesium, ammonia ions, free CO2 and hardness;
- Aggressivity with regard to steel (O2 saturation, HCO3/Ca ratio, pH value,
Larson index value);
- The scaling tendency (the CaCO3 saturation index value), particularly
important when designing the tunnel drainage system.
• With regard to temperature values, particularly high-temperature water:
- The impact of discharge water on the environment;
- Difficulties relating to the need to drain the hot water separately.
To become more aware of these risks, a detailed study of the water resource
should be planned from the design stage (including a water sampling campaign
for chemical analysis, monthly monitoring of physical characteristics such as
flow rate, temperature and conductivity at water
Permeability (AFTS classes)
Occurrence of dissolution phenomena and karst
points) as well as systematic control of water chaLow - Medium Medium - High High - Very high Low Medium High Low Medium High
racteristics during the construction phase. It should
be possible to adjust construction methods in due
time and plan preventive measures to be implemented to minimise impacts; in some cases, compensatory measures need to have been studied
beforehand so that they can be implemented as
quickly as possible in the event of proven disruption
of the water resource.
Unit 5
Variation of permeability
Lateral variations of permeability due to variation of fracture degree (rock mass) or of granulometry (deposits).
348
Figure 9 - One way of representing permeability
values within hydrogeological units.
Various methods are available to estimate values of flow rate. These depend
mostly on the permeability of the formation, the hydraulic head and to a lesser
degree the cross-section of the excavation.
This information must be clearly indicated on the horizontal lines of the
longitudinal geotechnical profile (§ Appendix 3). The following information is
also worth supplying:
• estimated momentary inflow rates at the cutting face;
• estimated specific, stabilised flow rates to the rear of the cutting face (expressed, for instance, in l/s/100 m of tunnel or l/min/10 m of tunnel);
• clearly indicating critical points (zones with very high flow rates and high
gradient or hydraulic charge);
• estimating aquifer recharging conditions (perennial water ingress or progressively draining the rock mass).
Fig 9 bis - Statistical distribution of permeability values measured in boreholes
in the Cenomanian blue chalk (Channel tunnel).
3 - Hydraulic head
Hydraulic head values at the elevation of the structure may be one of the most
important data with regard to the design of the structure itself.
In the event of shallow tunnels (defined as tunnels with an overburden, and
thus a hydraulic head, of less than 20 m), the impact of uncertainty relating to
the water head may be considered as minor. However, for deep tunnels, this
aspect is of major importance. Determining the hydraulic head may be one of
the main scopes of survey work.
Uncertainties with regard to the hydraulic head are mainly linked to the following factors:
• Uncertainty relating to defining structural characteristics of the rock mass,
particularly the hydraulic characteristics of discontinuities and the degree
to which these are interconnected;
• Variations in permeability within the rock mass, particularly due to occurrence
of fault and/or fracture zones.
To reduce the degree of uncertainty, a specific survey campaign must be planned in order to determine the hydrogeological characteristics of the rock mass
and terrains, particularly as regards the following:
- Setting up a network to monitor the surface water resource, including
tracing tests to model the underground water flows;
- Quantifying permeability and hydraulic head values for the rock formation
using Lugeon tests or slug testing between packers;
- Installing piezometric cells at various depths to measure the water head
in the formation at different levels and establish whether there are
different aquifers.
In terms of risk analysis, water is rarely a crucial problem in and of itself. Its
impacts are confined to disruption to works, payment of compensation if water
sources dry up, the installation of additional conduits, pumping, dealing with
discharge water, and so on. These impacts are more significant if a major karst
conduit is intercepted and/or in the event of downward excavation.
Lastly, the adverse effects of water may be considerably magnified in the event
of unfavourable geotechnical conditions, such as loose soil that may be
washed away, highly permeable formation beneath a thin overburden, etc...
5 - Environmental aspects
There are many risks to the environment relating to the management of discharge water during the excavation of tunnels. However, the purpose of this
Recommendation is not to describe or analyse these in detail. Nonetheless, it
should be emphasised that these risks must be clearly analysed and taken
into account during the various stages of the project, specifically as regards
the following:
⇒ the impact of works and final structures on springs and other water
points used to supply the area with water (the risk draw-down of
sources) ;
⇒ the impact of structures on superficial watercourses (risk of pollution).
4 - Flow rates
Given the impact of water ingress at a high rate and/or pressure on excavation
works, as well as on the management of discharge water (momentary, temporary and permanent rates) uncertainties relating to this factor may be at the
origin of significant risks.
M
349
M
Appendix 5 - Uncertainties and risks relating to geotechnical parameters
Geotechnical uncertainties in underground works projects may be classified
into two broad categories:
• Geotechnical uncertainties arising from uncertainties in the geological model;
• Uncertainties relating to the indeterminate nature or variability of the geotechnical parameters of identified geotechnical units.
1 - How to express geological uncertainty on
geotechnical profiles
Since the longitudinal geotechnical profile is itself based on the interpretative
longitudinal geological profile and geological cross-sections (cf. Appendix 3),
it should feature a number of geological uncertainties:
• the location of contacts between the different lithological types and thus between different geotechnical units;
• the presence or absence of fault zones and other critical points;
• the presence of any lithological types (or geotechnical units) that differ from
those expected.
Uncertainty as to the presence of a fault may be shown on the longitudinal
geotechnical profile in the same way as on the longitudinal geological profile,
by using various specific types of broken line.
The possible existence of lithological types that differ from those expected
may be represented on horizontal lines beneath the geotechnical profile by
expanding the geotechnical characteristics to include alternative lithologies
that may be encountered in the zone in question.
As to the position of geological contacts, the boundary between two sections
with highly different geotechnical qualities is generally located with precision,
but does not take into account the uncertainty of the contacts denoting the
geotechnical contrasts, which may feature on the longitudinal geological profile
(representation 1 in figure 10).
One way of remedying this omission is to include a transitional zone that is
equivalent to the zone of uncertainty as to the position of the geological contact
as part of the “horizontal lines” (representation 2 in figure 10). The geotechnical characteristics QAB (“Q” for “quality”) of this transitional zone will be
equivalent to either one (QA) or the other (QB) of the formations in contact (both
scenarios must be taken into account). This type of representation will be valid
for all types of soil “properties” (such as hydrogeology and geo-mechanics)
and may also be applied to faults whose position is uncertain (in this case the
transitional zone would show the possible area within which the fault may be
located). An alternative solution involves including the uncertainty bar for the
contact point between the different geotechnical units in the lines of geotechnical characteristics.
As for geological cross-sections, geological uncertainties may also be transposed onto the longitudinal geotechnical profile by showing a number of alternative profiles incorporating different scenarios that are favourable or
unfavourable in geotechnical terms. This type of approach is of interest because
it makes it possible to develop the subsequent analysis stages (risk analysis,
analysis of the costs of the project using probabilistic analysis such as the DAT
system, etc.) for each of the identified scenarios. This means the technical and
economic impacts of the various hypotheses can be compared. However, as
has already been seen, the drawback of this type of representation is that it
cannot take into account the multiple combinations of interpretative scenarios
concerning the geology.
2 - Representing uncertainties relating
to variable geotechnical parameters
This type of uncertainty is directly related to the definition of the fundamental
geotechnical parameters used to characterise the formation and homogeneous
sub-sections in geotechnical terms (“geotechnical units”) and parameters that
may influence the behaviour of the formation.
2.1 - Consequences of uncertainty on parameters
Tunnel axis
Uncertainty bar about the
position of A/B contact
Geotechnical
characteristics :
Representation 1
Representation 2
Figure 10 - Representing uncertainty relating to the contact between
two geotechnical units with differing characteristics.
350
The parameters in question have been described in detail in Recommendations
by GT1 “Caractérisation des massifs rocheux utile à l’étude et à la réalisation
des ouvrages souterrains” (“Characterising rock formations for the purposes
of designing and building underground works”) [1] and GT7 “Le choix des
paramètres et essais géotechniques utiles à la conception, au dimensionnement et à l’exécution des ouvrages creusés en souterrain” (“Choosing geotechnical parameters and tests to design, dimension and construct structures
excavated underground”). For each category of parameter, uncertainties may
have the following consequences:
⇒ identification parameters (unit weight, water content, porosity, Atterberg limits, granulometry, state of alteration, etc.): sources of risk relating to the indeterminacy/variability of these parameters include
behaviour of the formation during excavation, the choice of TBM type
(EPB, slurry shield, hydroshield), the strategy for confining the face,
mucking process, soil, treatment type, and so on;
⇒ mechanical parameters: strength parameters (uniaxial compressive
strength, tensile strength, cohesion, friction angle), deformation parameters (modulus of elasticity, Poisson’s ratio). Risks may relate to forecasting the behaviour of the formation during excavation, the choice
and distribution of support sections and so on;
⇒ discontinuity parameters (orientation, spacing, extension,
roughness/ripple, alteration of wall rock, openings, type of filling, presence of water). These parameters play a key role in assessments of
the overall strength of the formation on the basis of values for intact
rock. Consequently, indeterminacy with regard to discontinuity parameters entails a high degree of uncertainty when defining the strength
of the rock mass and its behaviour during excavation;
⇒ excavation parameters (hardness, drillability, abrasiveness, fragmentability, degradability, and so on): these parameters have a direct
influence on the conditions for excavating and crushing techniques to
break the rock. Risks relating to these parameters include equipping
a cutterhead with inadequate tools, the need to change tools more frequently than planned, insufficient power for the machine, different use
of excavated materials compared to forecasts, and so on.
2.2 - Representing uncertainties on longitudinal
geotechnical profiles
Firstly, it should be noted that geotechnical parameters (or at least the principal
ones) should be represented by mean values and values that are representative
of their dispersion, and also by a characteristic value that must be determined
for each geotechnical unit (cf. GT1, GT7 and GT32.1). Consequently, there is
a variety of ways in which uncertainty relating to geotechnical parameter values
may be illustrated on longitudinal profile horizontal lines:
⇒ Indication of the characteristic value
⇒ Possible upward or downward variations compared to the characteristic value: such variations may be expressed in absolute terms (for
instance, 25 ± 5 MPa) or as a percentage (25 MPa ± 20%);
⇒ By a range of values, if it is not possible to estimate the characteristic
value or if this is not considered as being sufficiently reliable;
⇒ By supplementary indications in the summary report, particularly
concerning the number and statistical distribution of the values measured, the dispersion from the mean value, and so on.
Appendix 6 - Summary of risk sources
However, in the following table, which is of course not comprehensive, we
have listed the most frequent sources of geotechnical risk for tunnels. This
table is based on the description of rock formations recommended by AFTES
GT1. In the “examples” column, it supplies a non-comprehensive list of
geological configurations that often lead to the appearance of risks due to
the fact that the geotechnical parameters in question are variable, many
and/or difficult to determine with any degree of accuracy.
Attention is particularly drawn to the sources of risk of anthropic origin.
These are frequent sources of risk that are often poorly known because the
elements required for proper forecasting are not easily accessible, documentary records are more often than not non-existent or inaccessible, and
their distribution is sometimes more random than that of natural geological
phenomena.
M
After due consideration, AFTES has decided that it would be illusory and
even dangerous to seek to establish a virtually exhaustive list of all possible
risks relating to underground space and liable to affect projects of underground structures. Indeed, the danger is that any such list might be used
“mechanically” as a checklist, thereby dispensing project designers from
fully considering the geotechnical conditions of the project and obscuring
the fact that each underground structure is in some sense a prototype.
351
M
Table of risk sources
(classified according to the AFTES GT1 Recommendation)
Field of
investigation
Risk sources
Parameters
Examples of events
Strength
Alternating marls/limestone, volcanic or volcanic/sedimentary soil, unexpected alteration
(meteoric or hydrothermal), etc.
Cohesion
Cohesionless facies in a coherent formation (sandy lens in sandstone), karst void filled with clay,
ash/tuff within indurate volcanic soil, etc.
Hardness
Chert nodules in chalk, seams of quartz in metamorphic shale, etc.
Abrasiveness
Extreme rock abrasiveness: Quartzite, very hard sandstone, quartz-rich granitoid, isolated seams, etc.
Changes
Changeable material
Swelling or spalling of materials after excavation (swelling clay), minerals of hydrothermal origin, etc.
Miscellaneous
...
...
Orientation class (OR)
Change in geometry of discontinuities, of tectonic or sedimentary origin (tilted block, slip, folds, etc)
(changes in stratification, etc.)
Density of
discontinuities (ID)
Fractured zone, shear strip or zone, etc.
...
...
Permeability
Major water ingress up to and including flooding, hydraulic clearing, springs drying up
Hydraulic head
Higher hydraulic head than forecast
Grading
Block of rock within a loose formation, erratic block in fluvioglacial landforms, etc.
Stress
Variation classes CN1 - CN3, stress anisotropy in the rock formation, decompression, convergence, etc.
Contact point geometry
Variation in layer thickness, fossil valley, empty or filled karst cavity, deeper level of meteoric alteration,
up-swelling of bedrock beneath loose surface formations, etc.
Contrast
Matrix
Discontinuities
Changes across the whole
of the face
Miscellaneous
Contrast
Formation
(Soil or Rock)
Variation
Physical and chemical Aggressivity of groundwater, chemical clogging phenomena, bacterial development,
characteristics of water surface water pollution, etc.
Miscellaneous
...
...
Gas
Emission of harmful gases (H2S, CO2) and/or consumption of oxygen (pyrites) liable to cause asphyxia,
presence of explosive gases (CH4), etc.
Contrast
Cohesion/
Surface settlement, damage to built structures on the surface
permeability/granularity
Safety
and environmental
considerations
Miscellaneous
352
Changes
Specific materials
subject to change
(dealing with muck)
Asbestos, radioactivity (presence of radon), presence of chert particles, production of sulphuric
acid due to alteration of pyrite, etc.
Miscellaneous
Anthropic origin
Archaeological remains, ancient foundations, sheet piling, anchors, abandoned underground
quarry-workings, filled-in pits and moats, bombs, polluted soil, fragile surface structures, etc.
...
...
...
Appendix 7 - Methods used to quantify risks
1 - Quantifying consequences
3 - Determining the level of risk
As recommended in paragraph 3.2.3b, “Role of the designer and project
owner”, it is the responsibility of the project owner to define the criteria used
to evaluate acceptability of a risk.
For a quantitative approach, one solution involves multiplying the likelihood V
(expressed in the form of a numerical value between 0 and 1) by the estimated
cost C of treating the consequences. The level of risk R = V x C related to an
event may incorporate various types of consequence, which can be weighted,
including the following:
C = αC1 (lead time) + βC2 (costs) + γC3 (other objective)
It is recommended that for each of the objectives of the project owner, the
impact of the consequences should be ranked on a scale of 1 to 4, as shown
in the table below:
Delay (1-2),
Cost (2), expressed
Image (2),
Risk matrix
Scale of
expressed in terms in terms of the
expressed in terms of
score
consequences
of the overrun
overrun
media impact
4
Very high
t > 3 months
C > 50%
Worldwide
3
High
1 month < t < 3 months
10% < C < 50%
Continental
2
Medium
1 week < t < 4 weeks
5% < C < 10%
Countrywide
1
Low
t < 1 week
C < 5%
Local
(1) deadline overruns are indicated for a project lasting approximately one year
(2) indicative values: to be adjusted depending on the project
Each of these scores (1 to 4) corresponds to a description and to a range of
values, in order to quantify the seriousness of the consequences with regard
to the objectives. Clearly, for a given event, the degree of seriousness may
differ depending on the objective under consideration.
For a qualitative approach, a matrix can be
used, showing likelihood and consequences
expressed qualitatively:
• possible, unlikely, highly unlikely and
improbable for likelihood
• slight, medium, significant and highly significant for consequences.
Other
Each of these descriptions corresponds to a numerical value of between 1 and
4 for both likelihood and consequences. The combination of these values therefore results in a square matrix like that shown below, in which the level of
risk may be expressed qualitatively by multiplying the two scores (this matrix
is used to illustrate paragraph § 3.2.3 in the main body of the text).
On the basis of this new data, the project designer can establish the treatment
to be applied subsequently (cf. § 3.3 “Risk treatment”). Nevertheless, on the
basis of this new data and depending on the planned construction arrangements, the project designer must determine the various consequences in terms
of costs and delay and rank these in order to be able to evaluate the impact
of the risk under consideration.
2 - Quantifying likelihood
In practice, as for the consequences, and as shown in the table below, likelihood
may be ranked into 4 classes, ranked from 1 to 4 and corresponding to 4
ranges of probability.
Matrix
score
Likelihood scale
Indicative probability, to be
adjusted according to the project
being studied
4
Possible
1/5 = 20 %
3
Unlikely
1/20 = 5 %
2
Highly unlikely
1/50 = 2 %
1
Improbable
1/200 = 0,5 %
4
8
12
16
Unlikely
3
6
9
12
Highly unlikely
2
4
6
8
Improbable
1
2
3
4
Slight
Medium
Significant
Highly significant
Consequences
An example of a calculation of the level of risk established on the basis of
the value tables supplied to quantify consequences (§ 1) and likelihood
(§ 2) is shown below. Take a given event A, with a likelihood of 1/20 and
consequences of €18 million, corresponding to approximately 15% of the
total construction cost and four months’ time overrun;
• the correspondence tables above return a likelihood value of 3 and a
consequence value of 3 (significant) for the cost and 4 (catastrophic) for
the lead time;
• Determination of the level of risk (NR) returns a value of 9 for cost and
12 for delay. These results should be compared with the acceptability criteria selected by the project owner (cf. § 3.2.3 in the main body of the
text, “Risk evaluation”).
It should be noted that the Likelihood*Consequences multiple (€18 million
x 0.15 or 4 months x 0.15) could also have been established directly, and
this result compared to an acceptability chart drawn up in absolute values.
M
For instance, if a fault is encountered, a number of characteristics need to be
envisaged: strength, orientation, type of infill materials, amount of related water
ingress, etc. A number of scenarios may be envisaged with regard to these
characteristics.
Likelihood
Risk matrix
Possible
353
4 - Other representations of the level of risk
4.1 - A probabilistic method: DAT (Decision Aid
for Tunnelling)
In addition to the risk matrix and its coloured boxes to represent the level
of risk, this may also be represented in graphic form on a summary diagram
showing the statistical distribution of possible costs and delays for completion of the structure. This representation is one of the most explicit results
provided by the DAT (Decision Aid for Tunnelling) method, a system originally
developed by MIT and EPFL, and subsequently by Geodata in Turin. This
gives the project owner a visual representation of a range of costs/delays
for completion of its structure, on the basis of the determined variability for
each of the geotechnical parameters selected.
M
measurement of the complexity of the geological context, as well as the
relevance and reliability of the sources of information used to draw up the
geological model. This approach was inspired by the R-index method.
Analysis of the geological model makes it possible to assign a score to each
tunnel section, characterising its geological complexity (Cx). The greater
the complexity of the geological model, the lower the score. Reliability of
the information obtained from all types of survey used to draw up the geological model is indicated in the form of a score (Fi) that depends on the
nature and proximity of the sources of knowledge. The more unreliable the
information, the lower the score,. The extent of knowledge is established
on the basis of the relationship between the reliability of these sources of
knowledge and the complexity of the geological context (NC = Fi/Cx).
© Laboratoire de Mécanique des Roches, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne.
By establishing the extent of knowledge in this way,
supporting grounds can be provided for every point of
the tunnel and easily modified as new data are incorporated into the model following subsequent survey
work.
Next, after listing possible events and their location
along the longitudinal profile on the basis of the analysis step, the likelihood of each event is estimated
qualitatively. This method relies on the degree of
expertise of the designer and is also linked to the
degree of knowledge of the site. The extent of knowledge (NC) is incorporated with likelihood when calculating the level of risk.
Figure 11 - Example of diagrams simulating the cost and lead times for
construction of a tunnel, produced using the DAT method.
4.2. - Cost estimation of geotechnical risks
This method, developed by CETU, is designed to estimate costs of geotechnical risks and represent them in graphic form on the longitudinal geotechnical profile [16], [18]. The methods involves discretization of the geological
model, and presents the results of risk management, namely the extent of
knowledge (NC) and the provision of the risks (PR) on the basis of a stepby-step analysis.
Firstly, an “extent of knowledge” (NC) index is defined. This represents a
Then, for each possible event that has been identified, a realistic estimation
of its financial consequences is made, based on a detailed description of
the event itself. The level of risk for each analysis step is determined by
summing the multiples (likelihood x consequence) of all the events.
The suggested mode of representation makes it easy to highlight the most
striking results. For instance, on figure 12, it is immediately obvious where
in the tunnel the extent of knowledge NC (represented by a curve) is poor and
where the provision for risks PR (shown as a histogram) is high. These summary charts offer a good representation of the risk management approach,
and should be read taking into account both parameters, NC and PR. This
makes it easy to locate the principal risks on the scale of the project.
Provision for risks
Figure 12 - Example of a longitudinal profile with synthetical representation of geotechnical risks.
354
M
Extent of knowledge
5- Register of Risks
However, it is vital to preserve successive versions of the table in order to
ensure traceability of the process of risk identification and treatment.
One possible presentation of the summary table of the risk management process is shown below. For each individual risk (represented by a line), the various
columns representing the successive tasks in the process should be completed. Such a table is by nature subject to change. A given risk may be eliminated
during the project due to construction measures being adopted to manage it.
Design phases
Date:
Risk
Identification
Preliminary Studies
Preliminary Design
Risk source
Likelihood
When the Risk Management Plan is drawn up, the table must be completed
by additional columns (not shown here) relating to the assignment of risks to
the contracting parties, as well as to the mode of remuneration chosen for
their treatment and their consequences.
Project Studies
DCE
Level of
Preventive
Consequences
risk
treatment
Finalisation of the Tender
Level of residual
risk
Method of
detection
Compensation
treatment
Risk 1
Risk 2
…
The design phase is specified by ticking the appropriate box. The contents of the table, to be completed during each risk analysis, are detailed below with explanations of the title of each column.
Identification: Free text that should provide the best possible description of the identified risk after the specific context of the structure and consideration
has been analysed: geology, hydrogeology, geotechnics, environment, surroundings, etc.
Risk source: Reference to one or more “types of event” including those defined in the table in Appendix 6
Likelihood: Qualitative expression using 4 levels.
Consequences: Detailed description of the possible consequences if the event in question occurs, in the form of several scenarios relating to the construction
conditions that may be encountered, with the possible inclusion of an index of seriousness for each scenario, expressed qualitatively with 4 levels.
Level of risk: The result of combining the likelihood and the seriousness of the consequences with the possible addition of a significance index expressed
quantitatively (a score of between 1 and 16).
Preventive treatment: Measures planned to reduce or eliminate the risk: abandonment of the solution, altering the location, changing the alignment and/or
longitudinal profile, survey and study programme to clarify the likelihood and/or consequences - selection of methods minimising the consequences if the
event in question occurs, etc.
During construction: Surveys as works progress, inspections, etc.
Level of residual risk: the level of risk after preventive treatment, accepted by the project owner or the contractor if there has been an express transfer of the risk
Curative treatment: Appropriate construction measures and/or adjustment of initial methods with a view to reducing the seriousness of the consequences
if the event in question occurs.
Appendix 8 - Acronyms and abbreviations
DCE: Tender Documents (Dossier de Consultation des Entreprises)
EP: Preliminary Studies phase (Etudes Préliminaires)
GBR: Geotechnical Baseline Report
GT: AFTES Working Group (Groupe deTravail)
ISRM: International Society of Rock Mechanics
ITA: International Tunneling Association
ITIG: International Tunneling Insurance Group
MOP: Project mission as per French Public Works Procurement Law (Maîtrise
d’Ouvrage Publique)
MSG: Summary Geotechnical Report (Mémoire de Synthèse Géotechnique)
PPP: Private-public partnership
PRO: Project phase
RFF: French Rail Network (Réseau Ferré de France)
TOS: Tunnels & Ouvrages souterrains (AFTES journal)
WG: Working Group (ITA)
ZIG: Zone of Geotechnical Influence (Zone d’Influence Géotechnique)
M
ACT: Phase covering assistance with awarding contracts of works (Assistance
à la passation du Contrat de Travaux)
AITES: International Tunnelling and Underground Space Association (ITA)
AMO: Engineer’s Assistant (Assistant au Maître d’Ouvrage)
AVP: Preliminary Design phase (Avant-Projet)
CCAG: French Ecology Ministry’s General Terms of Contract (Cahier des Clauses
Administratives Générales)
CCTG: French Ecology Ministry’s General Technical Specifications (Cahier des
Clauses Techniques Générales)
CGEDD: French Council for Ecology and Sustainable Development (Conseil
Général de l’Écologie et du Développement Durable)
CFGI: French Committee of Engineering Geology and the Environmental
(Comité Français de Géologie de l’Ingénieur et de l’environnement)
CFMR: French Committee for Rock Mechanics (Comité Français de Mécanique
des Roches)
CFMS: French Committee for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
(Comité Français de Mécanique des Sols et de Géotechnique)
355
356TerrasolHp_Mise en page 1 23/08/12 11:22 Page1
357_362Rehabilitation_Mise en page 1 23/08/12 11:28 Page357
CHANTIERS/WORKSITES
M
Réhabilitation de collecteur
pluvial ARMCO 3000 & 3250 mm
par tubage en profilé PE renforcé acier Rib Loc
Rehabilitation of a rainwater drain
using reinforced steel PE profile piping
Olivier POUVESLE
HP BTP
Eric VANDAME
KMG - LinerTec Groupe Sekisui
Les auteurs décrivent un procédé innovant de restauration de la
structure mécanique et de la résistance à la corrosion de
conduite endommagée. Ce procédé améliore également de
manière significative les propriétés hydrauliques de la conduite.
L’article décrit 3 applications de ce procédé au Pecq près
de Paris, à Limoges et à Sidney ou l’opération remporta le prix
NO-DIG décerné à Toronto en 2010.
The authors describe an innovative process to restore both mechanical structure and near resistance of existing damaged pipes.
The process also improves significantly the hydraulic properties
of the repaired pipe.
Three applications of the process are described, in Le Pecq near
Paris, in Limoges and one in Sidney which was awarded the 2010
NO DIG prize in TORONTO.
1 - Projet-
1 - Project-
La buse ARMCO Ø 3000 et 3250 mm
qui constitue le collecteur pluvial part
d’une chambre située entre le « drive
Principaux intervenants
Maîtres d’Ouvrage, Maître d’œuvre, Exploitant, Entreprises :
• Syndicat Intercommunal d’Assainissement de la Région de Saint Germain
en Laye (SIARSGL) regroupant les 9 communes de Saint Germain en Laye,
Marly le Roi, Mareil-Marly, l’Etang la Ville, Fourqueux, Port Marly, Chambourcy
(versant sud), Le Pecq (rive gauche) et Louveciennes (le Bas Prunay)
• Bureau d’études : SAFEGE Poissy
• Exploitant : Lyonnaise des Eaux du Pecq
• Entreprises : HP-BTP (mandataire), KMG-LinerTec (sous-traitant)
• Fournisseur : Sté Rib Loc
1.1 - Features of the existing
structure
The ARMCO Ø 3000 and 3250mm
duct that makes up the rainwater
drain starts from a chamber located
between the Quick restaurant "drive
in" and the builders' merchant Point P,
avenue de Gaulle in Pecq. The
Ø 600mm stopper for access to the
upstream chamber is located under
the meshing closure. The ARMCO duct
passes under the D 186 then under an
unused road (4m wide) and under the
Participants
Project Owners, Engineer, Operator, Contractors:
• Saint Germain en Laye Region District Sewer Syndicate (SIARSGL)
grouping together 9 towns: Saint Germain en Laye, Marly le Roi, Mareil-Marly,
l’Etang la Ville, Fourqueux, Port Marly, Chambourcy (south side),
Le Pecq (left bank) and Louveciennes (le Bas Prunay)
• Design office: SAFEGE Poissy
• Operator: Lyonnaise des Eaux (Le Pecq)
• Contractors: HP-BTP (leader), KMG-LinerTec (sub-contractor)
• Supplier: Rib Loc
M
1.1 - Caractéristiques de
l'ouvrage existant
in » du restaurant Quick et du
marchand de matériaux Point P,
avenue de Gaulle au Pecq. Le tampon
Ø 600 mm d’accès à la chambre
amont est situé sous la clôture grillagée. La buse ARMCO passe sous la
D 186 puis sous une voie hors service
(largeur 4 m) et sous la chaussée de
357
CHANTIERS/WORKSITES M
la desserte privative des Pyramides
dite « avenue de Saint Germain » enfin
sous les parkings privés des Pyramides (complexe sportif et de relaxation) avant de se jeter en Seine.
La buse est rectiligne, sous 1,5 à 2 m
de couverture, hors nappe phréatique
et sa pente est de 0,95 %. 13 branchements de Ø 150 à 1000 mm se
jettent dans le collecteur.
1.2 - Nature des effluents
Les effluents véhiculés sont principalement des eaux pluviales.
1.3 - Problématique
Il s’agit de lisser la buse ARMCO pour
en améliorer le fonctionnement et
prévenir tout risque d’inondation en
amont.
1. 4 - Objectifs
Par sa surface lisse, le tubage hélicoïdal permet d’améliorer de l’ordre de
78 % les capacités hydrauliques de
l’ouvrage.
Le tubage hélicoïdal structurant permet également de rétablir la structure
mécanique et la résistance à l’abrasion ainsi que de garantir l’étanchéité
du collecteur pour une durée de vie
minimum de 50 ans.
1.5 - Contraintes du chantier
• Eviter de trop diminuer la section de
l’ouvrage.
• 2 changements de diamètre.
• 13 arrivées de branchements.
• Gestion des effluents ( by-pass des
effluents en surface impossible du
fait de la route D 186; travaux à réaliser par temps sec pour des raisons
de sécurité; mise en charge par gros
orages, etc.).
• Accès à la chambre amont depuis la
surface limitée du fait des activités
économiques de Quick et Point P.
• Travaux dans l’emprise du luxueux
358
complexe de loisirs des Pyramides.
• Sécurité du personnel (Seine à
l’aval) et des riverains (clients des
Pyramides).
1.6 - La solution “Ribline”
La solution proposée en variante par
la Sté HPBTP et retenue par le Syndicat Intercommunal d’Assainissement
de la Région de Saint Germain-enLaye consiste à tuber le collecteur
existant en construisant un nouveau
tuyau structurant et étanche avec
espace annulaire par profilé PE renforcé acier, enroulé hélicoïdalement
et soudé sur lui-même (procédé
Ribline de la société Rib Loc). Le vide
annulaire et les vides autour de la
buse ARMCO sont comblés par du
coulis ciment.
roadway of the Pyramides private
service lane known as the "avenue
Saint Germain" finally under the Pyramides private car park (sports and spa
complex) before flowing into the Seine.
The duct is linear, under 1.5 to 2m
cover, above water table, and its
gradient is 0.95%. 13 connections
with Ø 150 to 1000mm pour into the
drain.
1.2 - Type of effluent
The effluent carried is mainly rainwater.
1.3 - Problem issues
This refers to smoothing the ARMCO
duct to improve operation and prevent
any risk of flooding upstream.
1. 4 - Goals
La nouvelle conduite sera en profilé
PE renforcé acier, de 40 mm d'épaisseur, annelé à l'extérieur et lisse à l'intérieur.
La nouvelle canalisation est structurante. Elle remplace l'ancienne en
supportant l'intégralité des sollicitations mécaniques pour une durée de
vie minimum de 50 ans. L'étanchéité
de la conduite est restaurée ; le débit
hydraulique est notablement amélioré
par la surface lisse du polyéthylène.
NB : par son diamètre 2750 mm et
les longueurs de ses 2 tirs de 237 et
44 m, ce chantier des Pyramides
devrait constituer un nouveau
record en tubage après celui de
Sydney (cf § 3.2).
1.7 - Avantages du tubage
Ribline
Les avantages du tubage Ribline
sont :
• Non obturation du collecteur
assurant ainsi la continuité de
l’écoulement.
• Absence d’intervention humaine
dans la buse (hormis les éventuels
The spiral piping's smooth surface
can improve the structure's hydraulic
capacities by 78%.
The structuring spiral piping can also
restore the mechanical structure and
its wear resistance in addition to guaranteeing the drain's sealing for a life
span of at least 50 years.
1.6 - The “Ribline” solution
The solution proposed as a variation
by HPBTP and chosen by the Saint
Germain-en-Laye Regional District
Sewer Syndicate consists of casing
the existing drain by building a new
structuring and sealed pipe with
annular space made of reinforced
steel PE profile, coiled in a spiral
and welded on itself (Rib Loc Ribline
process) The annular space and the
spaces around the ARMCO pipe are
packed with cement grout.
The new duct will be made of reinforced steel PE profile, 40mm thick,
annealed on the outside and smooth
on the inside.
The new duct is structuring. It
replaces the former structure and
withstands all mechanical demands
for a minimum life span of 50 years.
Duct sealing is restored; the hydraulic
flow is considerably improved by the
polyethylene's smooth surface.
Note: due to its 2750mm diameter
and its 237 and 44m shaft lines, this
Pyramides worksite should set a new
piping record following the Sydney job
(see § 3.2).
1.5 - Worksite constraints
• Avoid reducing the structure cross
section too much.
• 2 changes of diameter.
• 13 connection openings.
• Effluent management (effluent bypass on the surface is impossible
due to the D 186 road, works to be
carried out in dry weather for safety
reasons; over-loading during major
storms, etc.).
• Access to the chamber upstream
from the surface is limited due to
the Quick and Point P businesses
• Works on the site of the Pyramides
luxury leisure complex.
• Employee (Seine downstream) and
resident (Pyramides customers)
safety.
1.7 - Advantages of Ribline
piping
The advantages of Ribline piping are:
• Drain does not block thereby flow
continuity is guaranteed.
• No need for manpower on the
pipe (except for possible preliminary work, checking the effluent
level and the ballasting and provisional shoring of the piping before
filling the annular space).
• Less worksite area (shaft not as
long, smaller storage surface)
• Technique managing to avoid work
from upstream.
• And therefore less impact on the
Pyramides complex.
• Improvement of hydraulic capacities
CHANTIERS/WORKSITES
travaux préparatoires, la surveillance du niveau de l’effluent ainsi
que le lestage et l’étaiement provisoire du tubage avant remplissage
du vide annulaire).
• Moindre emprise de chantier
(puits de faible longueur, surface de
stockage réduite).
• Technique permettant d’éviter d’intervenir depuis l’amont.
• Et donc moindre impact sur la vie
du complexe des Pyramides.
• Amélioration des capacités hydrauliques (faible réduction de section,
absence de pli).
• Réhabilitation structurante (reprise
de la totalité des efforts mécaniques).
• Pas de risque de pollution accidentelle de la Seine par coulis de
projection.
Photo 1 - Club les Pyramides / Pyramides Club.
2 - Chantier & planningprévisionnel-
Photo 2 - Arrivée en Seine / Seine entrance.
Photo 3 - Changement de diamètre 3250 mm / 3000 mm /
Change of diameter 3250mm / 3000mm.
2.1 - Chantier :
2.2 - Quelques chiffres
• 33 tourets de 700 ml profilé PE
renforcé acier
• 78 m profilé = 1 m
DN 2750 / 2830 mm = 192 Kg
• Pose du tubage en 2 insertions de
237 et 44 m depuis un puits situé
sur la voie abandonnée, parallèle à
la D186
• 608 m3 de coulis de remplissage
2.3 - Planning
• Mi- Août 2011 : travaux préparatoires : installation, création puits,
nettoyage buse…
• Du 5 Septembre au 14 Octobre :
tubage Ribline
• 14 Octobre : remplissage du vide
annulaire par coulis
3 - Principe du tubageRiblineLe tubage Rib Loc est un procédé qui
permet de réhabiliter sans tranchée
les collecteurs gravitaires de 900
à 3000 mm avec une diminution
de section minimale. Ce système
consiste à fabriquer in situ une
nouvelle canalisation structurante, insérée à un diamètre
légèrement inférieur à celui de
la canalisation détériorée (Fig. 1).
L'espace annulaire est rempli par un
coulis de ciment.
(slight reduction in cross section, no
creasing).
• Structuring rehabilitation (withstanding all mechanical forces).
• No risk of accidental pollution in
the Seine from projection grout.
2 - Worksite & provisionalplanning2.1 - Worksite
281m Ø 3000 & 3250mm ARMCO
type metal pipe to be rehabilitated
Coulis /
Grout
Tubage avec
espace annulaire /
Casing with
annular space
Figure 1 - Le tubage Rib Loc / Rib Loc piping.
road, parallel to the D186
• 608m3 of packing grout
2.3 - Schedule
• Mid-August 2011: preparatory
work: installation, shaft digging,
pipe cleaning, etc.
• From 5th September to 14th October: Ribline piping
• 14th October: filling the annular
space with grout
3 - Principle of Riblinepiping-
2.2 - Project data
• 33 x 700ml drums of reinforced steel PE profile
• 78m profile = 1m DN 2750
/ 2830mm = 192 Kg
• Pipe laying with 2 insertions
of 237 and 44m from a shaft
located on the abandoned
Rib Loc piping is a process that can
rehabilitate the 900 to 3000mm
gravity drains without digging, with
minimal reduction in cross section.
This system consists of manufacturing new structuring channelling
in situ, inserted at a slightly smaller diameter than the damaged
M
281 m Ø 3000 & 3250 mm buse
métallique type ARMCO à réhabiliter
359
La nouvelle canalisation est constituée
par une bande continue en profilé PE
renforcé acier, enroulée en spirale et
soudée sur elle-même dans la canalisation détériorée formant ainsi un
nouveau collecteur à la résistance
exceptionnelle. Le profilé PE est composé d'une surface extérieure en
forme de U, d'une surface intérieure
lisse et de bords permettant de lier les
spirales successives (Fig. 2).
Nb : la légèreté du tuyau Ribline a
permis de poser en une seule insertion
633 ml Ø 2400 mm puis 706 ml en
2009 près de Sydney (record primé
par le prix mondial “sans tranchée”
2010). (cf § 3.2).
Photo 4 - Profilé Ribline /
Ribline Profiling.
Enroulement du profilé PE
Grâce à la machine d'enroulement
placée dans le puits d’insertion, le profilé est enroulé à un diamètre légèrement inférieur au diamètre de la
canalisation détériorée. Lorsque la
longueur de profilé contenue sur un
touret est insuffisante pour la longueur
de canalisation à réhabiliter, un nouveau touret est amené sur chantier et
les deux longueurs de profilé sont
soudées bout à bout.
360
3.1.2 - Contexte et contraintes
Un effondrement ponctuel en amont a
permis de mettre en évidence les
exfiltrations dues aux nombreuses
perforations du radier (rouille) déstabilisant l’assise de la buse métallique.
Les contraintes sont nombreuses et
importantes :
• Sous bretelle d’accès à l’autoroute
A20 et sous voies sur berges
• Impossibilité de détourner l’effluent
en surface
• Absence d’accès à l’ouvrage
(hormis l’exutoire en Vienne)
• 4 coudes de 20 à 41°
• Minimiser les interventions dans le
collecteur (risques d’effondrement)
• Aucun rejet ne devant polluer la
Vienne
channelling (Fig. 1). The annular
space is filled with cement grouting.
3.1.3 - Objectifs
• Redonner son étanchéité et sa
résistance mécanique à l’ouvrage
• Consolider le sol environnant
Coiling the PE profile
Using the coiling machine placed in the
insertion shaft, the profile is coiled to a
diameter that is slightly less than the
diameter of the damaged piping. Should
the length of profile on a drum be insufficient for the length of piping to be rehabilitated, a new drum will be brought to
the worksite and the two profile lengths
will be welded end to end.
3.1.4 - Le procédé de tubage
Ribline
Suite à un appel d’offres (½ coque en
radier et projection en voûte ) ouvert à
variante, la Cté d’Agglomération a
retenu la solution qui consiste à tuber
le collecteur existant en construisant
in situ un nouveau tuyau en profilé PE
renforcé acier, enroulé hélicoïdalement
et thermo-soudé sur lui-même (procédé Ribline). Le vide annulaire et les
vides autour de la buse seront comblés
par un coulis de ciment.
3.1 - Réhabilitation de
collecteur visitable :
Chantier du Pont saint André
à Limoges
3.1.5 - Les avantages
de la solution Ribline
• Sans tranchée et sans obturation du
collecteur
• Faible poids (PE) et grande rigidité
(nervures acier)
• Avancement par rotation et flottaison, sans intervention humaine
3.1.1 - Données générales
• 202 m Ø 2,5 m pluvial type ARMCO
• Travaux Mai-Août 2009 par la
société HPBTP
3.1.6 - Acteurs
• Communauté d’Agglomération
Limoges Métropole (Maître d’Ouvrage)
The new channelling is made up of a
continuous strip of reinforced steel PE
profile, coiled into a spiral and welded
on itself inside the damaged channelling thereby forming a new and
exceptionally strong drain. The PE
profile is made up of a U-shaped outer
surface, a smooth inner surface and
edges that can link in successive spirals (Fig. 2).
Note: the light weight of the Ribline
pipe means that it can be laid in a single 633ml Ø 2400mm insertion then
706 ml in 2009 close to Sydney
(record awarded the world no dig prize
2010). (cf § 3.2).
3.1 - Rehabilitation of
accessible drain: St André
Bridge worksite in Limoges
3.1.1 - General data
• 202m Ø 2.5m ARMCO type rainwater
• Work May-August 2009 by HPBTP
3.1.2 - Context and constraints
A one-off collapse upstream demonstrated exfiltrations due to numerous
foundation perforations (due to rust)
destabilising the subbase of the metal
pipe.
There are many significant constraints:
• Under the slipway for the A20
Motorway access and under roads
over banks
• Impossible to redirect the effluent
on the surface
• No access to the structure (except
for the outlet in Vienne)
• 4 x 20-41º bends
• Minimise work on the drain (collapse risks)
• No waste should pollute the Vienne
3.1.3 - Goals
• Restore sealing and mechanical
resistance to the structure
• Consolidate the ground around it
3.1.4 - Ribline piping
Following a call for tenders (½ hull in
foundation and vaulted projection)
open to alternatives, the Agglomeration Community solution was chosen
consisting of casing the existing drain
by building a new pipe in situ made of
reinforced steel PE profile, coiled in a
spiral and heat-welded on to itself
(Ribline process). The annular space
and the spaces around the pipe will
be packed with cement grout.
3.1.5 - Advantages of the
"Ribline" solution
• No digging and drain not blocked
• Lightweight (PE) and very rigid
(steel ribs)
• Progress by rotation and flotation,
no workforce intervention
3.1.6 - Participants
• Limoges Metropolis Agglomeration
Community (Project Owner)
• Collective Sewer and Natural
Spaces Division (Project manager)
• M3R (intermediary company)
• HPBTP (joint contractor)
• Rib Loc (Profiles, Ribline machine,
technical assistance)
CHANTIERS/WORKSITES
• Direction de L’Assainissement
Collectif et des Espaces Naturels
(Maitre d’œuvre)
• M3R (entreprise mandataire)
• HPBTP (co traitant)
• Rib Loc (Profilés, machine Ribline,
assistance technique)
3.1.7 - Example of a Rib Loc
Ribline piping worksite
Rehabilitation of 202m
2500mm rainwater piping on
St André Bridge in Limoges
Coude
3.1.7 - Exemple chantier de
tubage « Ribline », procédé de
la société Rib Loc Réhabilitation 202 m pluvial
2500 mm Pont saint André à
Limoges.
7 + 19 + 22 m
Ø 1540 / 1600 mm
51 + 102 m Ø 2000
/ 2080 mm
Photo 5 - Tubage 2000 / 2080 mm
depuis la Vienne / 2000 / 2080 mm
piping from the Vienne river.
3.2.1 - Données générales :
• 5,5 km tubage Ø 2400 / 2480 mm
• Travaux 2009
3.2.2 - Contexte et contraintes
De l’hydrogène sulfuré s’est développé sur un des principaux collecteurs béton Ø 2515 mm de Sydney,
appelé le NGRS.
Les contraintes sont nombreuses et
importantes :
• Réhabilitation structurante
• Tronçons jusqu’à 633 et 706 m sans
regard intermédiaire
• Impossibilité de stocker ou détourner l’effluent en surface ( emprise
parc naturel )
• Emprises de chantier limitées
3.2.3 - Objectifs
• Redonner à l’ouvrage sa résistance
mécanique et sa résistance à la
corrosion
3.2.4 - Le procédé de tubage
Ribline :
Suite à un appel d’offres, Sydney
Water a retenu la solution qui consiste
à tuber le collecteur existant en
construisant in situ un nouveau tuyau
structurant en profilé PE renforcé
acier, enroulé hélicoïdalement et
thermo-soudé sur lui-même (procédé
Ribline). Le vide annulaire est ensuite
comblé par un coulis ciment.
3.2.5 - Les avantages
de la solution Ribline :
• Sans tranchée et sans obturation du
collecteur (continuité de l’écoulement)
• Faible poids (PE) et grande rigidité
(renforts acier)
• Avancement par rotation (vis sans
fin) et flottaison sur de grandes
longueurs, sans intervention
humaine
NB : En rendant possible le tubage de
très longs tronçons, ce chantier représente une avancée significative des
techniques de réhabilitation sans
3.2 - Piping record: 706m Ø
2400mm laid in a single
insertion in Sydney NO DIG prize in Toronto 2010
3.2.1 - General data
• 5.5km piping Ø 2400 / 2480mm
• 2009 works
3.2.2 - Context and constraints:
Hydrogen sulphide developed on one
of the main Ø 2515mm concrete
drains in Sydney, known as the NGRS.
There are many significant constraints:
• Structuring rehabilitation
• Sectors up to 633 and 706m without
intermediary manholes
• Impossible to store or divert the
effluent on the surface (natural park)
• Limited worksite locations
3.2.3 - Aims
• Restore mechanical strength and
corrosion resistance to the structure
3.2.4 - Ribline piping process
Following a call for tenders, Sydney
Water was chosen for the solution that
consisted of casing the existing drain
by building a new structuring pipe
in situ made of reinforced steel PE
profile, coiled in a spiral and heatwelded on to itself (Ribline process).
The annular space was then packed
with cement grout.
3.2.5 - Advantages of the
"Ribline" solution:
• No dig and drain not blocked (flow
continuity guaranteed)
• Lightweight (PE) and very rigid
(steel supports)
• Moves forward by rotation (worm drive)
and flotation over great lengths, without
workforce intervention
Note: By making it possible to case very
long sectors, this worksite represented
significant progress in no dig rehabilitation techniques and was awarded the No
Dig Toronto 2010 prize.
3.2.6 - Participants
• Sydney Water (Project Owner and
Manager)
• Interflow (intermediary company)
M
3.2 - Record en tubage :
706 m Ø 2400 mm posés en
une seule insertion à Sydney Prix NO DIG Toronto 2010
Vienne
361
tranchée et a reçu le prix No Dig
Toronto 2010 du chantier sans tranchée de l’année.
• Rib Loc (profiles, coiling cage and
Ribline heat welding, technical
assistance). t
3.2.6 - Acteurs
• Sydney Water (Maître d’Ouvrage et
d’Œuvre)
• Interflow (entreprise mandataire)
• Rib Loc (Profilés, cage d’enroulement et de thermo soudure Ribline,
assistance technique). t
Collecteur à réhabiliter /
Drain to be rehabilitated
Photo 6 - Puits d’insertion (réduit au minimum) /
Insertion shaft, (shortened as much as possible).
Tubage Ribline en cours de réalisation /
Ribline piping in production
Cage fixe d’enroulement Ribline /
Fixed Ribline coiling cage
Batardeau aval
(contrôle H effluent) /
Downstream bulkhead
(H effluent control)
Batardeau annelé / Annealed bulkhead
Figure 2 - Avancement du tubage sur 703 m par rotation (couple de la machine d’enroulement) et flottaison / Piping moves forward over 703 m by rotation
(coiling machine torque) and floatation.
Photo 7 et 8 - Batardeau annelé à l’aval du tubage en cours de pose, l’égout reste en service durant le tubage / Annealed bulkhead downstream of the piping being laid,
the sewer remains in operation during piping.
362
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364_372Metroduo_Mise en page 1 23/08/12 11:35 Page364
TECHNIQUE/TECHNICAL M
MetroDuo, un nouveau concept
pour combiner métro express et omnibus
MetroDuo, a new concept combining
express metro and local train
Ildefonso P. DE MATIAS JIMENEZ
Ancien président de l’ALAMYS (1)
Ancien vice-président de l’UITP (2)
Jean PIRAUD
Antea Group, Orléans
Le présent article expose un concept innovant de ligne de métro
dédoublée, dénommé MetroDuo, destiné à répondre aux besoins
des très grandes métropoles. Ce système a été imaginé par
Ildefonso de Matías, lorsqu’il était directeur général de Metro de
Madrid, avec le support technique d’une équipe d’ingénieurs de
cette entreprise. Pour l’essentiel, l’article reprend ou résume la
présentation de MetroDuo qui a été faite en 2010 dans la revue
espagnole Revista de Obras Publicas (3).
The present article develops an innovative concept of a twinned metro
line called MetroDuo. It was developed by Ildefonso de Matias when he
was general manager of the Madrid metro with the technical support of
engineers of engineers of this company engineers working on the Madrid
metro to meet the needs of large metropolises. This article essentially
makes use of or summarises the text and figures given in an article
published in 2010 in Revista de Obras Publicas (3). We woul companyd
particularly like to express our gratitude for this authorisation.
Le système MetroDuo consiste à inclure dans un même tunnel
foré au tunnelier deux lignes de métro à double voie superposées :
en haut une ligne omnibus, et en bas une ligne express dont les
rames ne s’arrêtent qu’à une station sur 5. Pour les usagers,
l’emploi combiné des deux lignes, dont les stations sont communes mais superposées, apporte un gain de temps substantiel,
d’autant plus grand que la ligne est longue. La pertinence de ce
concept est illustrée par référence aux problèmes posés par les
projets de métro du Grand Paris Express.
The MetroDuo system consists, within a same tunnel excavated
by a TBM, in incorporating two double track metro lines placed
over one another, with a local train line on the top level and an
express line whose train sets only stop at every fifth station on
the bottom level. For users, the combined use of the two lines
sharing the same stations over two superposed levels saves a
considerable amount of time, especially when the line is long.
The relevance of this concept is illustrated by reference to the
problems raised by the Grand Paris Express metro projects.
1 - Le système MetroDuo-
1 - The MetroDuo system-
1.1 - Quelle distance entre
stations de métro ?
Lorsqu’on crée une nouvelle ligne de
métro, la question de la distance optimale entre stations se pose toujours :
• soit on prévoit des interstations
courtes (600 à 800 m, comme dans
Paris intra-muros), ce qui permet de
bien irriguer les quartiers desservis
mais conduit à de faibles vitesses
commerciales sur les longues distances ;
• soit on éloigne les stations de plusieurs km, comme sur les lignes de
métro express ; dans ce cas, la
plupart des habitants qui veulent
prendre le métro sont obligés de
1.1 - The best distance
between stations
When building a new metro line, one
of the inevitable questions is how far
apart the stations should be spaced.
• Short distances of between 600
and 800m, as is the case in central
Asociacion latinoamericana de Metros y subterràneos
Union internationale des Transports publics
(3) DE MATIAS JIMENEZ I.P. - MetroDuo - Revista de Obras Públicas, Madrid, Junio 2010, N° 3.511, pp. 35-52
(1)
(2)
364
Paris, provide excellent neighbourhood service but result in slow
commercial speeds over long distances.
• Express metro lines have stations
spaced several kilometres apart.
This means that most people using
the service have to use an additional mode of transport such as
trams, buses, cars or bikes, or else
TECHNIQUE/TECHNICAL
Dans les mégalopoles à la fois denses
et très étendues (20 km ou plus), ce
dilemme est toujours difficile à résoudre, d’autant plus que les habitants et
élus des quartiers traversés par le
projet exercent toujours une forte
pression pour avoir « leur » station,
souvent au détriment du fonctionnement d’ensemble.
1.2 - Présentation du
concept MetroDuo
C’est ce dilemme qui a conduit des
ingénieurs madrilènes à imaginer
« MetroDuo », un concept ingénieux
qui combine à la fois une grande
vitesse commerciale et une bonne
desserte locale, et que l’on peut définir
comme suit :
• une ligne de MetroDuo comporte 4
voies utilisant une infrastructure
commune, aussi bien sur son tracé
souterrain (Fig. 1) que pour les stations (Fig. 2) ;
• les doubles voies sont réparties sur
deux niveaux superposés dans un
même tunnel, et fonctionnent
comme deux lignes séparées : une
ligne locale (omnibus) en haut, une
ligne régionale (express) en bas ;
• les stations sont distantes de 700 m
environ, mais les rames de la ligne
express ne s’arrêtent qu’à une station
sur 5 ou 7, où une correspondance
rapide permet de rejoindre la ligne
omnibus, qui s’arrête juste au-dessus ;
ces stations d’interconnexion entre
lignes express et omnibus sont
implantées au droit de pôles urbains
majeurs, ou à l’intersection avec d’autres lignes de métro.
Sur une ligne de MetroDuo, des
voyages directs sont toujours possibles par la ligne omnibus qui s’arrête
partout. Mais le plus souvent on gagne
du temps en empruntant la ligne
express, au prix d’un ou deux changements, certes, mais les correspondances sont peu pénalisantes car il
suffit de changer de niveau ; bien
entendu, on gagne d’autant plus de
temps que la distance totale à parcourir est grande.
Figure 1 - Principe du tunnel de MetroDuo à 2 x 2 voies /
Concept of the 2x2 track MetroDuo tunnel.
walk quite some distance. The upside
is that they have a much faster journey to the city centre, especially if
they live in the more remote suburbs.
For megacities, which cover areas
20km or more across as well as being
densely built up, this dilemma is still
harder to resolve, all the more so
because local residents and councillors are constantly lobbying to have
‘their’ station – often to the detriment
of overall efficiency.
1.2 - The MetroDuo concept
Faced with this dilemma, Madrid’s
engineers have come up with the
MetroDuo’ system, an ingenious
concept combining both high commercial speed and good local service.
It may be defined as follows:
• A MetroDuo line has four tracks
using a shared infrastructure, both in
terms of its underground route
(Figure 1) and the stations (Figure 2).
• The double tracks are laid out over
two superimposed levels in a same
tunnel and function as two separate
lines: a local line (local train) at the
top and a regional line (express) at
the bottom.
• The stations are at a distance of
approximately 700 m from one another, but the express line train sets
only stop at approximately one out
of five or seven stations where an
interchange provides the link with
the local train line. These interconnection stations serving the express
and local train lines are located next
to large urban centres or at the
junction with other intersecting
lines.
On a MetroDuo line, journeys can
always be made directly using the
local train line which stops at all stations. But, generally speaking, time
can be saved by taking the express
line. While this might call for one or
two changes, connections are easy as
all that is required is to change level.
Naturally, the greater the distance to
be covered, the more time is saved by
taking the express line.
1.3 - MetroDuo field of
application
The MetroDuo system is essentially
aimed at multi-million population
cities with extensive suburbs (stretching out over tens of kilometres) but
Figure 2 - Principe d’une station MetroDuo à deux niveaux /
Concept of a 2-level MetroDuo station.
M
gagner la station par un autre
moyen de transport (tram, bus, vélo,
voiture…), ou à défaut par une
longue marche à pied ; mais en
contrepartie, ils disposent d’une
ligne beaucoup plus rapide pour
gagner le centre-ville, surtout
depuis des banlieues éloignées.
365
1.3 - Domaine d’applicationde MetroDuoLe système MetroDuo est destiné
principalement aux villes multimillionnaires, très étendues (plusieurs dizaines
de km) mais qui sont cependant assez
denses pour justifier une desserte fine
par métro. Il est particulièrement adapté
aux villes polycentriques, ou allongées
le long d’un corridor urbain à forte intensité de transport sur 20 à 50 km, ou
encore aux villes jumelles ou contigües
entre lesquelles des liaisons performantes sont indispensables. A noter
qu’une ligne urbaine de MetroDuo à 4
voies peut facilement être étendue
jusqu’à un aéroport lointain, mais en ne
prolongeant que les 2 voies express
hors de la zone dense.
Ceci dit, d’autres solutions existent pour
assurer une desserte fine entre les stations d’un métro express : tramway,
bus, téléphérique…si tant est que leur
implantation en surface soit possible.
C’est pourquoi le système MetroDuo
convient particulièrement lorsque l’on «
part de zéro », par exemple dans de
grandes métropoles en expansion
rapide, très encombrées en surface
mais dépourvues de boulevards adaptés aux transports en commun de surface. Par ailleurs, on peut penser que
les autorités seront de plus en plus soucieuses de réduire le temps « perdu »
par les habitants pour les transports
internes, perdu car il pénalise l’efficacité
économique, affecte leur santé, et a des
conséquences familiales désastreuses
à long terme.
Rappelons à ce propos que les
Espagnols ont acquis une maîtrise
exceptionnelle des grands tunneliers,
comme l’ont montré notamment les
120 km de nouvelles lignes de métro
creusées à Madrid dans les années
1995-2007, pour l’essentiel au tunnelier ; c’est certainement l’une des
raisons qui ont inspiré le concept de
MetroDuo. En réalité, l’augmentation
de diamètre entre les 8,40 m d’un
métro classique à 2 voies et les 12 m
nécessaires pour 4 voies a pour effet
de doubler la section mais n’affecte
guère la vitesse d’avancement (la
moyenne prise en compte pour les
projets de Madrid est de l’ordre de
600 m/mois) ; par suite, l’incidence
sur le coût du tunnel n’est pas excessive, en dépit du surcoût important de
la dalle intermédiaire.
2 - Génie civil d’une lignede MetroDuo-
Pour ce qui est des stations de MetroDuo, le gros œuvre est identique quel
que soit le type de station (locale ou
locale+express). Cependant, les quais
inférieurs des stations uniquement
locales (celles où normalement les
rames express ne s’arrêtent pas) sont
équipés de façon sommaire (pas d’escalators), car elles ne sont mises en
service qu’en cas de perturbation sur
la ligne locale. Inversement, la ligne
locale peut toujours suppléer la ligne
express si cette dernière est perturbée ;
cette possibilité d’entraide entre les
deux lignes améliore considérablement la fiabilité globale du système.
Avec des rames de 2,80 m de large, il
Pour ce qui est de la profondeur du
Le concept MetroDuo n’a pas eu encore
reçu d’application concrète mais l’idée
est activement étudiée par les villes de
Santiago-du-Chili et de Sao-Paulo.
366
faut un tunnel de 11,50 à 12 m de diamètre intérieur pour loger les 4 voies
superposés, ce qui peut se faire avec
un tunnelier de moins de 13 m de
diamètre. La mise en œuvre de telles
machines ne présente plus aujourd’hui
de difficultés ou de risques particuliers, comme l’ont montré les tunnels
autoroutiers récemment réalisés à
Paris (A86, Øext = 11,6 m) et à Madrid
(A30, Øext = 15,2 m).
which are nevertheless sufficiently
dense to justify a fine metro coverage.
It is particularly well adapted to polycentric cities, cities stretching out
along urban corridors with a high level
of transport intensity over 20 to 50
kilometres, or towns that are twinned
or contiguous and for which high performance links are indispensable. It
should be noted that a four track
MetroDuo urban line can easily be
extended up to a remote airport simply by extending the two express
lines.
Having said that, there are other solutions to provide short links between
high-speed metro stations (tramway,
bus, cable-car, etc.) ... as far as surface conditions allow to set them up.
For this reason, the MetroDuo concept
is particularly adapted when “starting
from scratch” like in fast-growing up
megacities, very busy but without
avenues adapted to ground-level
mass transportation system. Morever,
we may assume that public authorities will pay more and more attention
tothe time “wasted” by people in the
transportation since this affects the
economy efficiency and their health
with possible consequences such as
disastrous family troubles in the long
term.
While the MetroDuo concept has not
yet been applied in practice, the idea
is actively being studied by cities such
as Santiago de Chile and Sao Paulo.
recently completed motorway tunnels
in Paris (A86, Øext = 11.6 m) and
Madrid (A30, Øext = 15.2 m).
Concerning this point, it should be
noted that the Spanish have acquired
considerable skill in the use of large
TBM, as recently seen with the 120
km of new metro lines excavated in
Madrid from 1995 to 2007, essentially using TBM. This was, without any
doubt, one of the reasons that inspired the MetroDuo concept. While the
difference in diameter for the 8.4 m
required by a standard metro and the
12 m necessary for four tracks has
the effect of doubling the section, it
has almost no influence on the drilling
rate (the average speed for the Madrid
projects was around 600 m/month).
The impact on the cost of the tunnel
is not excessive, despite the high
additional cost of the intermediate
slab.
2 - Civil engineering fora MetroDuo line-
Insofar as the stations are concerned,
the structural works for a MetroDuo
are identical, no matter what the type
of station (local or local+express).
However, the express platforms in
local service only stations (those
where normally express train sets do
not stop) are only provided with basic
fittings (no escalators) as they will only
be used if there are disturbances on
the local line. Conversely, the local line
can always fill in for the express line
if there are disturbances on the latter.
This possibility of mutual assistance
between the two lines considerably
increases the reliability of the MetroDuo system.
A 2.80 m wide train set requires a
tunnel with an 11.50 to 12 m interior
diameter tunnel to house the four
superimposed tracks. The work could
be carried out by a TBM with a diameter of less than 13 m. The use of
these types of machines no longer
presents any particular difficulties or
risks, as has been demonstrated by
Concerning the depth of the tunnel,
the usual rule leading to 1.5 m being
left above the cap results in platforms
that are 23 m deep for the local train
line and 29 m deep for the express
line. This is not excessive. It should
also be noted that siting of the local
line on the upper level presents a
number of functional and environ-
TECHNIQUE/TECHNICAL
tunnel, la règle usuelle conduisant à
laisser 1,5 diamètre au-dessus de la
calotte conduit à prévoir les quais à
23 m de profondeur pour la ligne
omnibus et 29 m pour la ligne
express, ce qui n’est pas excessif. On
notera que l’implantation de la ligne
locale au niveau supérieur présente
divers avantages d’ordre fonctionnel
et environnemental, notamment :
• raccourcir l’accès aux quais depuis
la surface pour la grande majorité
des usagers, qui commencent en
général leur voyage en prenant la
ligne locale ;
• limiter les vibrations et les courants
d’air engendrés par la ligne express,
qui roule plus vite et que l’on a donc
intérêt à installer en profondeur.
Nous n’avons parlé jusqu’ici que d’un
tunnel foré mais on peut aussi imaginer une ligne de MetroDuo en tranchée couverte, quand le tissu urbain
s’y prête : le surcoût lié au gros œuvre
serait alors, en proportion, encore plus
faible que pour un tunnel creusé au
tunnelier, puisque le matériel d’excavation est identique. De même, pour
un projet en viaduc, il est facile de
concevoir une structure composée
d’un caisson à inertie constante, avec
deux voies à l’intérieur du caisson et
deux voies au-dessus.
n’empruntent que la ligne express) et
un maximum (pour les trajets effectués
exclusivement sur la ligne locale) ; les
courbes intermédiaires en dents de
scie représentent le temps de voyage
d’un usager qui part de la station
n° 2, 3 ou 4, change dès que possible
pour prendre la ligne express, puis
change une deuxième fois pour arriver
à destination avec la ligne locale.
On voit que le temps gagné sur un
parcours combiné est déjà très satisfaisant dès que le trajet dépasse
15 km, et qu’il croît ensuite linéairement. Les calculs montrent aussi
qu’en réduisant le nombre de stations
express, on ne commence à réduire
les temps de parcours que pour les
longues distances.
Il a été également calculé quel serait
le nombre de rames nécessaires
pour faire marcher une ligne de
MetroDuo de 50 km, traversant une
agglomération de type Moscou ou
Mexico, avec des trains de 120 m, et
en considérant un modèle de
demande classique : trafic journalier
de 1 million de voyages par jour, avec
mental advantages, and in particular:
• reduces the access distance to the
platforms from the surface for a
large majority of users who generally
begin their journey on the local line;
• reduces vibrations and air currents
caused by the express line which
goes faster and should therefore be
placed as deeply as possible.
So far we have considered only a
bored tunnel. However, a cut-andcover MetroDuo line could also be
envisaged if the city layout is appropriate. The additional cost of structural
works would be proportionally lower
than for a tunnel excavated with a
TBM, because the same excavation
plant can be used throughout. Similarly, for a viaduct, it would be easy
to devise a constant-inertia box structure with two tracks inside the box
section and two above.
3 - Travel time andexpected traffic volumeThe Madrid metro technical department carried out a parametric study on
travel times that could be provide by a
50 km-long MetroDuo line. This was
based on a regular distribution of local
stations (one every 700 m) and express
stations (one every 2,800 m), with an
express train speed taken at 100 km/h.
Figure 4 shows that the travel time
varies between a minimum (for certain
trips that only use the express line) and
a maximum (for trips exclusively made
on the local line which can, in any case,
provide direct links). The sawtooth
curves shown in figure 4 below represent the travel time for a passenger
leaving from station no. 2, 3 or 4,
changes as soon as possible to take
the express line and then changes a
second time to arrive at his destination
on the local line.
It can be seen that the time saved using
a combined trip is already highly satisfactory (15 mn) when the trip is longer
than 15 to 20 km and then increases
in a linear manner. Calculations also
reveal that a reduction in the number of
express stations only begins to reduce
travel times over long distances.
Calculations were also made to ascertain the number of train sets needed
3 - Temps de parcours ettrafic escomptés-
Figure 3 - Temps de parcours sur une ligne MetroDuo, en fonction de la distance (en mètres) /
Travel time on a MetroDuo line, according to distance (m).
M
Afin de chiffrer les avantages économiques du concept MetroDuo, une
étude paramétrique a été réalisée par
Metro de Madrid sur les temps de parcours que pourrait offrir une ligne de
50 km, en supposant une répartition
régulière des stations locales (tous les
700 m) et des stations express (tous
les 2800 m) ; la vitesse de croisière
des rames express a été prise à
100 km/h. Sur la figure 3, on note que
le temps de parcours varie entre un
minimum (pour les rares trajets qui
367
deux pointes journalières donnant une
intensité de trafic maximale de 44 000
voyageurs/heure/sens. Le même calcul a été fait en parallèle pour une
ligne classique à automatisme intégral
devant écouler le même trafic. Le
nombre de rames nécessaires est
indiqué dans le tableau 1 :
Ligne classique,
automatisée
Standard automatic line
to operate a 50 km MetroDuo line crossing through a conurbation such as
Moscow or Mexico using 120 m long
trains. The calculations used a classic
demand model: daily traffic of a million
trips per day, with two maximum traffic
peak periods of 44,000 passengers/
hour/direction. The same calculation
was carried out in parallel using a classic fully automated line designed to
carry the same traffic. The number of
train sets necessary is given in table 1:
Ligne MetroDuo de même capacité / MetroDuo line with same capacity
Ligne omnibus
Local train line
Ligne express
Express line
27,0
26,8
48,2
1 h 51 mn
1 h 53 mn
1 h 2 mn
Intervalle entre rames (sec.)
Period between train sets (sec.)
105
262
175
Nombre de rames nécessaire
Number of trains necessary
12
52
43
95
43 600
17 500
26 100
43 600
Vitesse commerciale (km/h)
Transit speed (km/h)
Temps de voyage aller
Time taken for a one-way trip
Capacité de transport (voyageurs/heure/sens)
Transport capacity (passengers per hour
per direction)
Total MetroDuo
Tableau 1 : Données d’exploitation d’une ligne MetroDuo de 50 km, comparée à une ligne classique / MetroDuo line operational data when compared with a standard line.
Ce tableau fait apparaître deux avantages majeurs du système MetroDuo :
• pour assurer le même trafic, on n’a
besoin que de 95 rames avec
MetroDuo, soit 25 % de moins
qu’avec une ligne classique (en effet
le taux de rotation des rames est
bien meilleur sur la ligne express) ;
• pour écouler le même trafic, la ligne
classique est saturée aux heures de
pointe (taux d’occupation de 6 personnes/m2) ; par contre, la ligne
MetroDuo offre encore une importante réserve de capacité ; elle pourrait même écouler 61 000 voy./h/sens
si on lui affectait 145 trains non
automatisés au lieu de 95 ; si on
l’automatisait entièrement, elle
pourrait même écouler un trafic de
87 000 voy./h/sens (avec 204
rames), soit le double de la ligne
classique.
A titre de comparaison, l’exploitation
de la ligne ferroviaire Paris-Marseille
sans TGV nécessiterait en gros deux
368
fois plus de matériel roulant pour un
même trafic théorique, car les rames
ne pourraient faire qu’un aller-etretour par jour au lieu de deux.
4 - Coûts et bénéficessocio-économiquesMetro de Madrid a estimé l’investissement initial d’une ligne de MetroDuo
à 93 M€/km (contre 48 M€/km pour
une ligne de métro classique) ; mais
compte tenu d’un matériel roulant
plus réduit, le coût total d’une ligne de
50 km s’élèverait à 6 Md€ (contre
4,4 Md€ pour une ligne classique),
soit un surcoût de 36% seulement.
Le temps gagné avec MetroDuo par
rapport à une ligne classique a été
calculé en fonction de la distance parcourue : il varie en moyenne de 5 mn
pour 14 km à 27 mn pour 36 km.
Compte tenu du modèle de demande
étudié et pour une ligne de 50 km, il
This table reveals the two major advantages of the MetroDuo system:
• to provide the same transport capacity, only 95 train sets are necessary
with MetroDuo, being 25 % less than
with a standard line (this is because
the rotation rate of the train sets
is greater for the express line).
• with the expected traffic level, the
passenger capacity of the standard
line is already saturated (occupation
level: 6 persons/m_); however, the
MetroDuo line continues to offer a
considerable reserve capacity.
With 145 non-automatic trains, it can
carry 61,000 passengers per hour in
each direction. If it were to be entirely
automated, it could even carry a traffic of 87,000 passengers per hour in
each direction (with 204 train sets),
being twice that of the standard line.
By way of comparison, operating the
Paris-Marseille rail line without highspeed trains would require twice as
much rolling stock for the same theo-
retical amount of traffic. This is because
trainsets would only be able to complete one return trip per day instead of
two.
4 - Costs and socio-economic benefitsConcerning the initial investment, a
MetroDuo has been estimated by Metro
de Madrid at €93 million/km (as opposed to €48 million/km for a standard
line). However, given the reduced level
of rolling stock, the total cost of a 50 kmlong line would represent €6 billion for
MetroDuo (as opposed to €4.4 billion
for a standard line), being an additional
cost of only 36%.
The time saved with MetroDuo when
compared with a standard line has been
calculated according to the distance travelled. It varies by 5 mn for 14 km to
27 mn for 36 km. Given the studied
demand model applied to a 50 km line
and given the considered hypotheses,
TECHNIQUE/TECHNICAL
utilisée, en construisant par exemple
une autre ligne classique « omnibus »
qui irriguerait des quartiers aujourd’hui
peu ou pas du tout desservis, ligne dont
le bilan socio-économique pourrait être
encore plus favorable.
Outre le temps gagné par les usagers,
on peut également mettre à l’actif de
Metro Duo divers autres avantages,
dont la valorisation monétaire est
variable selon les pays, tels que :
• la réduction de la consommation
d’énergie, estimée à 34 GWh par an
(donc de l’émission correspondante
de gaz à effet de serre),
• la réduction des pertes de temps
dus aux inévitables incidents d’exploitation, que l’on estime pouvoir
réduire d’environ 80 %,
• la possibilité d’utiliser une ligne
comme voie d’évacuation des passagers de l’autre en cas d’accident,
• la mutualisation possible d’un grand
nombre d’équipements communs
aux deux lignes,
• la présence dans les deux niveaux
du tunnel, de part et d’autre des
voies, d’espaces utiles relativement
vastes (section totale de 24 m2),
susceptibles d’accueillir des réseaux
urbains divers.
5.1 - Le MetroDuo de Paris
Cependant, dans le bilan socio-économique, c’est le temps gagné par les
usagers qui est prédominant, compte
tenu du taux de valorisation retenu ; il
en résulte que globalement, la différence de coût entre une ligne MetroDuo
et une ligne classique pourrait être
« amortie » au bout de 2 à 3 ans, au
moins en Espagne. Ceci étant, un autre
raisonnement consisterait à dire que la
différence de coût entre ligne classique
et Metroduo (+1,6 Md€ dans l’exemple considéré) pourrait être mieux
(1)
5 - Comparaison avecle Grand Paris-
Un système fonctionnellement très
proche de MetroDuo existe déjà à
Paris entre La Défense et Vincennes :
c’est l’ensemble constitué par la ligne
A du RER (1) et la ligne 1 du métro
urbain ; tout se passe comme si ces
deux lignes comportaient 5 stations
express intermédiaires (Etoile-AuberChatelet-Lyon-Nation) et 19 stations
omnibus ; il y a même 6 voies express
entre Châtelet et Gare-de-Lyon : le
RER-A, le RER-D et la ligne 14.
Plus généralement, le réseau RER qui
dessert l’ensemble de Île-de-France
est né du constat, fait dans les années
1960, que les lignes classiques du
métro parisien, qui pour la plupart
avaient été prolongées en banlieue, ne
pourraient pas assurer correctement
les deux fonctions de desserte locale
et régionale au-delà de la « petite couronne ». La saturation de la ligne 13,
qui assume de fait les deux fonctions
(surtout sur sa branche Saint-Denis),
est la preuve flagrante qu’une telle
superposition n’est pas satisfaisante ni
pour l’une, ni pour l’autre ; c’est bien
pourquoi il est prévu de la décharger
de son trafic « régional » en la doublant
par une ligne express : la ligne 14 prolongée jusqu’à Mairie-de-Saint-Ouen.
5.2 - Une rocade de métro
express ou omnibus ?
La question de la desserte locale ou
RER : Réseau Express Régional (Express Regional Network)
there would be an average time saved
of 10 to 15 minutes per trip, representing an average annual saving of 44 to
69 million hours. The financial interpretation of these hours by applying the
rates generally used in Spain (being
€11.75 per hour) results in an annual
saving of €518 to 816 million with
MetroDuo when compared with a standard line.
Apart from the time saved by users,
MetroDuo also has two other secondary
advantages whose financial value
depends on each country. These
include:
• the reduction of energy consumption,
estimated at 34 GWh per year (and
thus the corresponding emission of
greenhouse gases),
• the reduction of time losses due to
operational incidents, which we
believe can be reduced by around
80%,
• the possibility of use a line as an
emergency exit rout from the other
line in case of accident,
• the possible shared use of a large
amount of machinery and equipment
that could be used by the two lines,
• the presence in the two tunnel levels,
to either side of the tracks, of fairly
large useable space (total section of
24 m2) which could be used to incorporate a range of different urban networks.
However, in the socio-economic
assessment, it is the time saved that
appears as a predominant factor. The
result is that globally, the cost difference
between a MetroDuo line and standard
line could be, at least in Spain, amortised within two to three years. Notwithstanding, another approach would
consist in stating that the cost differential between the standard line and
MetroDuo (+ €1.6 billion in the example under consideration) could be or not
better used by constructing another
standard line that would serve districts
that are currently very badly covered, a
line whose socio-economic assessment could be even more favourable.
5 - Comparison withGrand Paris5.1 - A Parisian MetroDuo
A system that is very similar in functional terms to MetroDuo already exists in
Paris between La Défense and Vincennes, consisting of the RER A line (1)
and line 1 of the urban metro. Between
them, these two lines have five intermediate express stations (Etoile-AuberChatelet-Lyon-Nation) and 19 stations
for stopping trains. In fact there are six
express tracks between Châtelet and
Gare de Lyon: RER-A, RER-D and line
14.
More generally, the RER network serving the Ile-de-France region emerged
as a result of the observation made in
the 1960s that the traditional Paris
metro lines – most of which had been
extended into the suburbs – could not
properly provide both local and regional
service beyond the ‘petite couronne’
(inner suburbs). Saturation of line 13,
which in effect performs both these
functions, particularly on the SaintDenis branch, offers resounding proof
that trying to do both at once results in
failing to do either. This is precisely
the reason for offloading the ‘regional’
traffic by adding a parallel express line:
the line 14 extension to Mairie-deSaint-Ouen.
5.2 - Should a circular metro
line favour faster speeds or
more stops?
The issue of local versus regional service has also come up for the planned
metro loops round Paris, envisaged
since the 1990s, in a break with the
hub-and-spoke reasoning behind the
existing metro and RER networks. Between 2009 and 2010, there were two
M
en résulterait un gain de temps moyen
de 10 à 15 mn par voyage selon les
hypothèses considérées, d’où un gain
annuel de 44 à 69 millions d’heures.
La valorisation de ces heures a été
faite en appliquant le taux habituel utilisé en Espagne (soit 11,75 €/heure),
ce qui donne un gain annuel de 518
à 816 M€ avec MetroDuo, par comparaison avec une ligne classique.
369
régionale s’est également posée pour
les projets de rocade autour de Paris,
envisagés depuis les années 1990
pour rompre la logique purement
radiale des réseaux métro et RER. A
ce titre, deux conceptions se sont
opposées de façon aigüe dans les
années 2009-2010 :
• Le projet de Réseau du GrandParis, qui comportait une double
boucle de métro express longue de
155 km, entourant largement Paris
mais desservant aussi les aéroports
de Roissy et d’Orly ;
• Le projet Arc-Express, limité à une
rocade de métro quasi-urbain de
60 km tout autour de Paris.
Au-delà des différences de tracé, le
principal point d’achoppement entre
ces projets portait sur le nombre de
stations à desservir :
• Le Réseau du Grand-Paris prévoyait
des stations distantes de 3 à 4 km,
adaptées pour des trajets longs à
vitesse élevée (Roissy-La Défense, par
exemple), mais au détriment de la
desserte des banlieues traversées ;
• Au contraire, Arc-Express prévoyait
des stations tous les 800 m, au
détriment cette fois de la vitesse
commerciale, qui restera forcément limitée quels que soient les
progrès de l’automatisation, ce qui
peut conduire à des temps de trajet
dissuasifs pour les longues distances.
Le débat a été vif et a pris un tour
idéologique : les tenants du Réseau du
Grand Paris ont été accusés de privilégier les besoins des cadres et
hommes d’affaires, et de négliger la
desserte des zones d’habitation. Inversement, les partisans d’Arc-Express,
soucieux d’assurer en priorité une
desserte fine de la banlieue proche,
s’étaient peu préoccupés des liaisons
rapides à longue distance, en particulier de la desserte des aéroports et des
centaines de milliers d’emplois que
ceux-ci alimentent.
370
En fait, comme on l’a vu avec le
concept MetroDuo, les deux points de
vue sont également justifiés :
d’abord parce que métros et RER
sont empruntés indifféremment par
toutes les catégories de population, et
apportent d’immenses services à
tous, ensuite parce que la première
couronne de la banlieue parisienne est
suffisamment dense et étendue pour
justifier légitimement le besoin simultané des deux types de liaisons,
locales et régionales.
5.3 - La solution retenue
en 2011
A la suite du « Débat public » organisé
par l’Etat sur ces deux projets à l’automne 2010, c’est une solution équilibrée, intermédiaire entre les deux
projets, qui a été retenue début 2011
(fig. 4) ; sa réalisation à été confiée à
un nouveau maître d’ouvrage créé à
cet effet, la Société du Grand Paris
(SGP), qui a lancé rapidement les
rival, radically opposed concepts.
• The Réseau du Grand-Paris project
featured a twin-loop express metro
link 155km long, running well outside
the Paris city limits and also serving
Roissy and Orly airports;
• On the other hand, Arc-Express was
essentially a glorified urban metro line
running in a 60km loop round Paris
itself.
Over and above differences in route, the
main bone of contention between these
two projects was the number of stations.
• Réseau du Grand-Paris had stations
spaced between 3 and 4 km apart,
geared to longer, high-speed journeys (such as Roissy-La Défense) but
thereby failing to serve the suburbs
through which the line passed;
• Arc-Express, on the other hand, had
stations every 800m. This resulted in
a slower commercial speed: despite
progress in automation, it would inevitably be slower and thereby discou-
Figure 4 - Le réseau de métro du Grand-Paris-Express adopté en juin 2011 (doc. SGP) /
The Grand Paris Express metro network adopted in June 2011 (doc.SGP).
rage people from using the line for
longer journeys.
The discussion was lively and at times
ideological in nature. Supporters of
Réseau du Grand Paris were accused
of favouring managers and business
people over the needs of residential
neighbourhoods. Conversely, the partisans of Arc-Express were keen to
ensure that the inner suburbs were properly served.
As a result, they paid little thought to
rapid long-distance service, particularly
for the airports and the hundreds of
thousands of related jobs.
In actual fact, as the MetroDuo concept
shows, both points of view are equally
valid. For one thing, both the metro and
the RER are used by all categories of the
population, providing significant service
for all. In addition, the petite couronne
around Paris really is large enough and
dense enough to justify both regional
and local links in these inner suburbs.
TECHNIQUE/TECHNICAL
Cependant, la liaison avec Roissy ne
comportera pas moins de 10 arrêts,
que les passagers aériens partant de
Saint-Lazare ou de La Défense jugeront certes « inutiles » mais qui seront
certainement très utiles aux employés
de la zone aéroportuaire, tout aussi
nombreux ; c’est pourquoi l’Etat a
maintenu l’idée d’une future liaison
directe Paris-Roissy (type CDGExpress), à programmer par ailleurs.
5.4 - Le Grand-Paris et
Metroduo
La configuration du Grand-ParisExpress est maintenant en grande
partie figée, si bien que le concept
MetroDuo arrive trop tard dans le
débat. Cependant, il n’est pas interdit
d’examiner, rétrospectivement et à
titre d’exemple, sur quels tronçons ce
système aurait pu être pris en considération. A cet égard, on peut penser
en priorité aux quartiers denses justifiant à la fois une desserte locale
lourde et de bonnes liaisons avec des
pôles urbains extérieurs, comme La
Défense ou Roissy. Certains tronçons
du nouveau réseau sont dans ce cas :
a) La Défense-Villejuif. Le projet ArcExpress prévoyait 16 stations pour la
ligne Rouge, aussi rapprochées que
dans Paris intra-muros, chiffre qui a
été finalement réduit à 9 pour ne pas
péjorer la vitesse commerciale. Le
système MétroDuo aurait permis de
concilier l’un et l’autre, et d’accélérer
notamment l’importante liaison La
Défense-Orly – pour un coût bien
entendu plus élevé, mais avec des
économies possibles sur la ligne Verte.
b) La Défense-Roissy. On peut imaginer là aussi une application de
Metroduo, avec une ligne express
assurant une liaison rapide vers l’aéroport, tandis que la ligne omnibus
associée, limitée à La Défense-Le
Bourget, aurait desservi finement
cette banlieue très dense.
c) Saint-Lazare-Pleyel. L’idée de prolonger la ligne 14 jusqu’à Roissy a été
vivement discutée, mais on l’a finalement abandonnée de peur qu’elle ne
supporte un trafic excessif et que sa
très grande longueur ne fragilise le
tronçon intra-muros – ce qui montre
bien qu’une longue ligne urbaine n’est
pas faite pour desservir un aéroport
lointain. En conséquence, c’est la ligne
Rouge venant de la Défense qui
devrait aller jusqu’à Roissy. Ici aussi,
une ligne MetroDuo sur Paris-Pleyel
aurait permis par exemple des missions rapides Saint-Lazare-Roissy
(assurées au niveau inférieur par les
voies express), tandis que la ligne 14
prolongée aurait assuré les missions
omnibus Orly-Pleyel (au niveau supérieur).
5.5 - L’avenir de MetroDuo
Les quelques idées examinées ci-dessus ne sont que l’illustration des mul-
5.3 - The solution adopted
in 2011
Following the ‘Public Debate’ organised
by the French Government on the subject of these two projects in Autumn
2010, a balanced solution half-way between the two was adopted in early 2011
(fig. 4). It is to be built by a new Project
Owner established with this sole aim in
mind: Société du Grand Paris (SGP). SGP
quickly began preliminary design work
for these new lines. From a purely functional point of view, the Grand Paris
express metro concept has prevailed.
• between La Défense and Créteil –
poles diametrically opposed and
located to either side of Paris – the
new project only has 14 stations over
a 27 km route, whereas the GrandParis project recommended 12 and
Arc-Express 22 ; however, in the
dense suburbs located South of the
Seine River, short links are satisfactory, as well as main connections with
radical lines;
• between La Défense and SaintDenis-Pleyel, 9 km from one another
with only four stations programmed
on the Red line as opposed to the
three recommended by Grand-Paris
and seven by Arc-Express ; but local
links will be improved by a branch of
the future “complementary network”.
Like many compromises, the concept
now been chosen is not completely
satisfactory, either from the point of
view of local access due to inter-station
distances often being too great, or from
the point of view of the link with Roissy
and Orly airports which will require ten
“unnecessary” stops for airline passengers travelling from Saint-Lazare or La
Défense. Incidentally, it also nipped in
the bud the earlier project of a direct
link with Roissy airport (CDG-Express).
5.4 The "Grand-Paris" and
Metroduo
The configuration of the Grand Paris
Express is now mostly fixed, so that
the MetroDuo concept comes too late
in the debate. However, it is not unreasonable to examine retrospectively
and as an example, on which sections
this system could have been considered. In this regard, one can think in
priority of dense districts justifying
both a heavy local service and good
links with outside urban centers, such
as La Défense or Roissy. Some sections of the new network fall into this
scheme:
a) La Défense-Villejuif. The ArcExpress project provided for 16 stations
placed fairly close to one another (in the
same way as inner Paris). This number
was finally reduced to nine to avoid
reducing transit speed. In this case, the
MétroDuo system would reconcile both
the distance between stations and the
speed, particularly by accelerating the
La Défense – Orly link.
b) La Défense-Roissy. It might be imagined that a MetroDuo express line
could provide a direct and rapid link to
the airport while an associated local
train line, limited to La Défense-Le
Bourget, would provide this suburb with
a fine coverage.
c) Saint-Lazare-Pleyel. Discussions
were lively concerning the potential
extension of line 14 through to Roissy
airport. At the end of the day, the option
was not chosen because of concerns
that the extended line would have to
take too much traffic (a somewhat paradoxical argument!) and that its operation
through to Roissy would weaken the
section running through Paris (somewhat easier to understand). In any case,
it is clear that a long local train line is
not made to serve a distant airport.
Consequently, it is the Red line running
out of La Défense that will go all the way
to Roissy airport, despite a lower traffic
level. Here again, a MetroDuo line
would, for example, permit rapid SaintLazare – Roissy links (provided on the
M
études préliminaires de ces lignes
nouvelles. D’un point de vue purement
fonctionnel, c’est plutôt la conception
du métro express du Grand Paris qui
a prévalu ; ainsi :
• entre la Défense et Créteil – pôles
diamétralement opposés de part et
d’autre de Paris – le nouveau projet
ne prévoit que 14 stations sur la
demi boucle Sud, longue de 27 km,
alors que le projet du Grand-Paris en
préconisait 12 et Arc-Express 22 ;
cependant, la desserte fine de la
banlieue dense au Sud de la Seine
reste correctement assurée, ainsi
que l’essentiel des correspondances avec les lignes radiales ;
• entre La Défense et Saint-DenisPleyel, distants de 9 km, 4 stations
seulement sont prévues sur la
rocade, contre 3 préconisées par le
Grand-Paris et 7 par Arc-Express ;
mais la desserte locale sera améliorée par une branche du futur
« réseau complémentaire».
371
tiples combinaisons et avantages
que peut offrir une ligne Metroduo
sachant que c’est forcément une solution plus coûteuse (environ un tiers de
plus qu’une ligne classique). De ce
fait, elle ne peut se justifier que si elle
procure des économies par ailleurs –
par exemple, sur Paris-Roissy, éviter
la réalisation à terme d’une ligne
directe dédiée. D’une façon générale,
les partisans de MetroDuo insistent
sur le fait qu’une telle ligne, insérée
dans un réseau existant, améliore
doublement son attractivité globale,
d’une part grâce à une excellente desserte locale, d’autre part du fait de sa
grande vitesse commerciale.
372
Cependant, il est certain que le
marché principal du système MetroDuo se situe plutôt hors de France, en
particulier dans les pays émergents
où beaucoup de mégalopoles vont
avoir soudain les moyens financiers
de se doter de métros modernes : on
sait que d’ici 2025, il y aura dans le
Monde 20 villes de plus de 10 millions
d’habitants, et 20 autres de plus de
5 millions. Nul doute que certaines
d’entre elles pourront être tentées par
MetroDuo, seul système qui combine
à la fois les avantages des liaisons
express et omnibus. t
lower level by the express tracks) while
the extended line 14 would ensure OrlyPleyel local train links (on the upper
level)..
consideration is that a MetroDuo line
clearly increases the overall attractiveness of the Grand Paris Express network thanks to a better local access
and a greater transit speed.
5.5 - The future of MetroDuo
These few ideas are simply an illustration of the various combinations and
advantages that could be provided by
a MetroDuo line. However, only detailed
technical studies will reveal their true
relevance and make it possible to estimate the real additional cost – knowing
that another rapid Paris/Roissy link
(CDG-Express) is also being envisaged.
One of the advantages to be taken into
However, it is probable that the main
market for the MetroDuo system will be
found outside France, particularly in
emerging countries where a large number of megapoles will quite suddenly
need to equip themselves with modern
metro systems. It is clear that they will
be tempted by the only system in the
world that is able to simultaneously
combine the advantages of express rail
links and local trains. t
373_377PrixAbtus_Mise en page 1 23/08/12 11:38 Page373
M
ABTUS
ASSOCIATIONS SŒURS/PARTNER ASSOCIATIONS
Prix scientifique ABTUS 2010/2011
ABTUS scientific prize 2010/2011
L’ABTUS a décerné deux prix scientifiques pour l’année académique 2010-2011.
Les statuts de l’Association Belge des Techniques et de l’Urbanisme en Souterrain (ABTUS) prévoient la possibilité d’attribuer
un ou plusieurs prix scientifiques, d’un montant de 1250 € chacun,
à un Travail de Fin d’Etude (TFE) de dernière année d’ingénieur
civil, dont le sujet recouvre les activités de l’association.
L’initiative de proposer un(e) candidat(e) potentiel(le) au Conseil
d’Administration de l’ABTUS revient au promoteur universitaire.
Pour l’année académique 2010-2011, deux TFE nous ont été
proposés :
• Le professeur R. Charlier (Université de Liège) nous a proposé
le TFE de Anne-Catherine Dieudonné, intitulé « Stockage
géologique du CO2 : étude hydromécanique de l'étanchéité des
puits » ;
• Le professeur A. Vervoort (Université de Louvain) nous a
proposé le TFE de Gust Van Lysebetten, intitulé « Numerical
modelling of fracturing in soil mix material » .
Vous trouverez ci-après un résumé de ces deux travaux. Les prix
scientifiques ont été remis aux lauréats lors de l’Assemblée
Générale de l’Association en mars dernier.
The Belgian Tunnelling Association (ABTUS-BVOTS) has awarded
two scientific prizes for the academic year 2010-2011.
Following the rules of ABTUS-BVOTS, one or more scientific
prize(s) (value: 1250 € each) may be awarded to a Master thesis
performed in a Belgian university, of which the topic covers the
association activities. The university promoters propose the
potential candidates to the ABTUS-BVOTS Board of Directors.
Two proposals have been submitted for the academic year 20102011:
• Professor R. Charlier (University of Liège) has proposed the
work performed by Anne-Catherine Dieudonné on the theme
"hydromechanical study of shaft watertightness in the frame
of CO2 geological storage";
• Professor A. Vervoort (University of Leuven) has proposed the
work performed by Gust Van Lysebetten on the theme "Numerical modelling of fracturing in soil mix material".
A short summary of both works is given below. The candidates
have received their prizes during the ABTUS-BVOTS yearly
General Assembly last March.
Didier De Bruyn, ABTUS & T&ES
Modélisation numérique de la fracturation
dans un matériau “soil mix”*
Numerical modelling of fracturing
in soil mix material
Gust VAN LYSEBETTEN
Supervisors: A. Vervoort and J. Maertens
Department of Civil Engineering, KU Leuven, Belgium
IntroductionLa technique du « soil mix » consiste
à malaxer mécaniquement le sol en
place avec un liant injecté (par ex. à
base de ciment), afin d’améliorer la
capacité portante du sol. Cette tech-
nique peut être utilisée pour la réalisation de murs de soutènements, par
exemple pour la réalisation de grandes
fouilles ou de tunnels (Figure 1). Afin
de permettre l'utilisation du soil mix
pour des ouvrages de soutènements
définitifs, il est nécessaire d’établir de
IntroductionThe soil mix technique consists of an
in situ mechanical mixing of the soil
while a binder is injected in order to
improve the bearing capacity of the
soil. It is used for the construction of
soil and water retaining walls, e.g. for
the execution of large excavations or
tunnelling (Figure 1). In order to allow
the use of soil mix for permanent bearing constructions, new design rules
with respect to the behaviour of soil
mix material are necessary. Moreover,
*Par convention, nous appellerons « soil mix » un sol malaxé mécaniquement en place avec un liant, généralement à base de ciment.
M
373
ASSOCIATIONS SŒURS/PARTNER
ASSOCIATIONS M
M
nouvelles règles de calcul concernant
le comportement de ce matériau. En
outre, les règles de conception existantes pour les matériaux de
construction classiques donnent, pour
le soil mix, des valeurs pessimistes
dues à la présence inévitable d’hétérogénéités dans ce matériau.
Ainsi, le CSTC (Centre Scientifique et
Technique de la Construction), l’ABEF
(Association belge des Entreprises de
Fondations) et l’Université de Leuven
ont-ils lancé un projet subventionné
par l'IWT, l’Institut pour la promotion
de l'innovation par la science et la
technologie en Flandre. L'objectif du
projet est de formuler des règles de
conception concernant le comportement fondamental du soil mix (c.-à-d
résistance, rigidité, durabilité, perméabilité, adhérence soil mix/acier, etc.)
En outre, cette recherche vise à l'élaboration d'un système de contrôle de
qualité applicable dans la pratique.
Dans le cadre de ce vaste programme
de recherche, le travail de fin d’études
résumé ici porte spécifiquement sur
l'effet des inclusions de terre sur le
comportement contrainte-déformation et le processus de fracturation du
soil mix. Cette étude a été menée en
utilisant le logiciel UDEC de simulation
à éléments discrets.
PrincipeUDEC est un programme numérique
2D basé sur la méthode des éléments
distincts pour une modélisation discontinue (Cundall, 1971). Il permet de
simuler la progression d’une fracture
individuelle dans des échantillons de
soil mix. Ainsi, l'échantillon de soil mix
est divisé en plusieurs petits blocs
distincts (étroitement liés ensemble).
Des critères de rupture à la traction et
au cisaillement sont affectés aux
frontières entre ces blocs (c.-à-d aux
contacts), ce qui leur permet de s'ouvrir et de se déformer lors de l'activation. Par conséquent, les contacts
374
Fig. 1 - Fouille de la
IMEC Tower (Heverlee) /
Excavation for the
construction of the
IMEC Tower (Heverlee).
agissent comme des lignes de fracture potentielles lorsque une charge
externe est appliquée (c.-à-d qu’aussi
longtemps que le contact n'est pas
activé, il ne représente pas une fissure
physique). Toutes les propriétés sont
déterminées par un étalonnage basé
sur des expériences de laboratoire.
Etant donné que le programme UDEC
ne fournit pas un algorithme de génération de maillage triangulaire approprié, un générateur de maillage est
développé sous Matlab.
A partir d'un modèle initial basé sur
une section réalisée à travers une
colonne réelle de soil mix (Figure 2.a),
la quantité d'inclusions est variée (par
exemple de 1, 5, 10 et 20 %), leur
forme est variée (par exemple plus
arrondie ou plus aigue par rapport aux
inclusions réelles), leur taille individuelle est modifiée (ou bien le nombre
d'inclusions est modifié) ainsi que leur
position relative. Ainsi, 69 modèles ont
été réalisés, qui ont permis d'obtenir
un bon aperçu de l'effet des zones non
mixées sur la résistance à la compression, la rigidité et le processus de fracturation du matériau soil mix. La
résistance globale du soil mix est relativement faible (UCS -résistance à la
compression simple- d'environ 5 à 15
MPa (Denies et al, 2012). Les inclusions acquièrent les propriétés du sol
environnant.
RésultatsIl a été observé que la diminution de
résistance et de rigidité d'un échantillon ne correspond pas à la moyenne
existing design rules for classical
construction materials provide negative characteristic values. This is caused by the unavoidable presence of
heterogeneities in soil mix material.
Therefore, BBRI (Belgian Building
Research Institute), ABEF (Belgian
Association of Foundation Contractors) and KU Leuven are conducting a
project subsidized by IWT, the Flemish
government agency for Innovation by
Science and Technology. The aim of
the project is to formulate design rules
with respect to the fundamental behaviour of soil mix material (i.e. strength,
stiffness, sustainability, permeability,
adherence between soil mix and steel,
etc.). In addition to this, the investigation aims at the development of an in
practice applicable quality control. As
part of this large project, the master
thesis addresses specifically the
effect of soft inclusions on the stressstrain behaviour and the fracturing
process of soil mix material. This is
investigated by conducting discrete
simulations in UDEC.
ConceptUDEC is a 2D numerical program
based on the distinct element method
for discontinuum modelling (Cundall,
1971). It allows the simulation of individual fracture growth in soil mix samples. Therefore, the soil mix sample is
divided into multiple discrete small
blocks (tightly bounded together). Tensile and shear failure criteria are assigned to the boundaries between these
blocks (i.e. contacts), allowing them
to open and deform upon activation.
Hence, the contacts act as potential
fracture paths when an external load
is applied (i.e. as long as a contact is
not activated it does not represent a
physical crack). All properties are
determined by calibration based on
laboratory experiments. Since UDEC
does not provide an appropriate triangular mesh generation algorithm, a
mesh generator is developed in Matlab.
Starting from a basic model based on
a section through a real soil mix
column (Figure 2.a), the amount of
inclusions is increased and decreased
(i.e. 1, 5, 10 and 20%), the shape is
varied (i.e. more rounded or sharper
in comparison to the real inclusions),
the individual size is changed (or the
number of inclusions) and the relative
position of the inclusions is modified.
In this way, a total of 69 models is
generated which allow to get a good
insight into the effect of the unmixed
parts on the compressive strength,
stiffness and fracturing process of soil
mix material. The overall strength of
soil mix is relatively low (UCS of about
5 to 15 MPa (Denies et al., 2012)).
The inclusions are given properties of
soil material.
Results-`
It is observed that the reduction of the
strength and stiffness of a sample
does not correspond to the weighted
average of the UCS and Young’s
modulus, taking into account the surface areas of the strong and weak
material. For a mere 1% of unmixed
material, the strength and stiffness
are reduced by respectively 13 and
3%, while for 10% of unmixed material more than half of the strength
disappears and 32% of the stiffness.
Moreover, a clear overlap of UCS
values is observed between samples
with 5, 10 and 20% of inclusions. The
Young’s moduli just do not overlap for
these percentages.
b
pondérée de l'UCS et du module de
Young, obtenue en prenant en compte
les zones de surface du soil mix de
forte et faible résistance. Pour seulement 1% de sol non mixé, la résistance et la rigidité sont réduites
respectivement de 13 et 3%, tandis
que pour 10% de sol non mixé, on
perd plus de la moitié de la résistance
et 32% de la rigidité. En outre, on
observe clairement un chevauchement des valeurs de l’UCS sur les
échantillons avec 5, 10 et 20% d’inclusions. Les valeurs du module de
Young, elles, ne se chevauchent pas à
ces pourcentages-là.
Pour 10% des inclusions, il est noté
que celles à contours aigus présentent
des résistances et des raideurs inférieures à celles arrondies. En outre,
une augmentation de la taille des
inclusions (c'est à dire une diminution
du nombre d'inclusions par échantillon) réduit la résistance globale de
manière significative pour une forme
donnée et pour un même pourcentage
total de zones à faible résistance. Ces
observations peuvent être liées au
développement de fractures dans les
échantillons. Pour la même charge
externe, les pics de contrainte sont
plus élevés dans les échantillons qui
présentent des inclusions à contours
aigus ou seulement une inclusion que
dans ceux qui présentent des inclu-
c
d
e
sions arrondies ou trois inclusions
(Figure 2.b à d). En règle générale, ces
pics de contrainte plus élevés entraînent une fracturation anticipée et, par
conséquent, une résistance et une
rigidité plus faibles. En outre, les
modèles de simulation de fractures
correspondent bien aux observations
au cours des essais en laboratoire
(Figure 2.e).
PerspectivesLes essais effectués à ce jour montrent qu'il est possible de simuler le
comportement du soil mix par des
simulations discrètes qui sont particulièrement utiles à travers l’étude
des réseaux de fracturations et les
idées et possibilités qu'elles offrent.
Dans ce cadre, les échantillons obtenus à partir de carottages classiques
et de gros blocs rectangulaires sont
testés simultanément. Cela aide à
mieux comprendre la rupture éventuelle du soil mix, ce qui est une donnée nécessaire pour les simulations
numériques futures. D'autres expériences sont prévues sur différents
types de sols, visant à une meilleure
compréhension de l'effet d'échelle et
de l'influence des hétérogénéités sur
le comportement mécanique du soil
mix. t
For 10% of inclusions it is noted that
sharp-ended inclusions result in a
smaller strength and stiffness than
rounded inclusions. In addition, an
increase in the size of the inclusions
(i.e. a decrease in the number of
inclusions per sample) reduces the
strength significantly for the same
shape and for the same total percentage of weak areas. These observations can be linked to the fracture
growth in the samples. For the same
external load, stress peaks are higher
in samples with sharp-ended inclusions or with only one inclusion than
in samples with rounded inclusions or
three inclusions (Figure 2.b to d).
Generally, these higher stress peaks
cause earlier fracturing and consequently lower strength and stiffness.
Moreover, the simulated fracture patterns correspond well to observed
fracture patterns during laboratory
tests (Figure 2.e).
FutureThe simulations performed so far
show that it is possible to simulate the
behaviour of soil mix material by discrete simulations which are in particular useful because of the simulated
fracture pattern and the insights and
possibilities they offer. Within this framework, conventional core material
and large rectangular blocks are tested simultaneously. This helps to better understand the possible failure of
soil mix material and this is needed
as input for further numerical simulations. More experiments are planned
on different soil types, aiming at a better understanding of the scale effect
and the influence of heterogeneities
on the mechanical behaviour of soil
mix material. t
References
1. Cundall, 1971. A computer model for simulating progressive large scale
movements in Block rock systems. In: Proc. of ISRM symposium, paper II-8.
2. Denies, N., Huybrechts, N., De Cock, F., Lameire, B., Vervoort, A. and Maertens J., 2012. Soil Mix walls as retaining structures – mechanical characterization. In: Proc. of International symposium & short courses of TC211. Recent
research, advances & execution aspects of ground improvement works. 30
May – 1 June 2012, Brussels, Belgium.
3. Vervoort, A., Van Lysebetten, G., Tavallali, A., 2012. Numerical modelling of
fracturing around soft inclusions. In: Proc. of Second southern hemisphere
international rock mechanics symposium SHIRMS 2012. 14 – 17 May 2012,
Sun City, South Africa.
M
a
Figure 2 - a. Maillage du modèle de base; b. Réseau de
fractures du modèle de base; c et d. Réseaux de fractures
de deux modèles avec respectivement l’un avec une
inclusion à contours vifs, l’autre avec une inclusion arrondie
correspondant à 10% de la surface totale. e. Détails de
systèmes de fractures induites dans des échantillons
sous charge uniaxiale (la largeur des photos est d'environ
2 cm) (d'après Vervoort et al. (2012) / a. Mesh of the basic
model; b. Fracture pattern of the basic model; c and d.
Fracture patterns of two models with respectively one
sharp-ended and one rounded inclusion corresponding to
10% of the surface area. e. Details of induced fracture
patterns in uniaxial loaded samples (width of the photos
is about 2 cm) (after Vervoort et al. (2012)).
375
ASSOCIATIONS SŒURS/PARTNER
ASSOCIATIONS M
M
Stockage géologique du CO2 : étude hydromécanique
de l’étanchéité des puits
Geological CO2 storage:
hydro-mechanical study of shaft sealing
Anne-Catherine DIEUDONNÉ
Université de Liège
Supervisor: Professor Robert Charlier (Université de Liège)
Contexte et objectifde l’étudeLa filière du captage et du stockage
géologique de CO2 est une approche
innovatrice pour combattre les changements climatiques en réduisant les
émissions de gaz à effet de serre.
A côté des réservoirs classiques
(réservoirs pétroliers déplétés, aquifères salins profonds…), certaines
anciennes mines de charbon pourraient servir pour la séquestration du
dioxyde de carbone. Cette solution,
actuellement peu étudiée, pose
cependant l’importante question de
l’étanchéité des puits. En effet, ce problème apparait central lorsqu'il s'agit
d'assurer les enjeux économiques,
écologiques et sanitaires liés au
stockage de CO2. L'objectif du travail
est ainsi d'étudier, par la simulation
numérique, et d’un point de vue
hydromécanique, l'étanchéité des
puits en vue de la séquestration géologique du CO2.
Site étudiéL’étude se base sur la mine de charbon d’Anderlues. Celle-ci est située à
l’extrémité Est du Bassin houiller de
Mons (Belgique). Après l’exploitation
minière du gisement et la récupération du grisou, la mine d’Anderlues fut
utilisée entre 1978 et 2000 par
Fluxys pour le stockage saisonnier de
gaz naturel. Sous une pression de
3,5 bars, le volume de gaz alors
stocké était de 180 st-Mm³* - parmi
lesquels 90 % étaient piégés par
adsorption à la surface du charbon
résiduel. Cet important mécanisme de
piégeage, considéré comme l’un des
plus sûrs et des plus durables, devrait
encourager les projets de stockage de
CO2 en veines de charbon.
Modèle de comportementhydromécaniqueUn modèle hydromécanique de
matériaux partiellement saturés est
utilisé pour les différentes simulations. Le modèle d'écoulement considère la présence d'eau et de CO2
dans chacune des phases liquide et
gazeuse. Deux modes de transport
sont considérés : l'advection de
chaque phase (loi de Darcy) et la diffusion de l'eau et du CO2 au sein de
ces phases (lois de Fick). Des
The study's contextand goalThe geological capture and storage of
CO2 is a groundbreaking approach to
fighting climate change through the
reduction of greenhouse gas emissions. In addition to traditional reservoirs (depleted oil reservoirs, deep
saline aquifers, etc.), some abandoned coal mines can be used for the
sequestration of carbon dioxide.
However, this solution, which has
been scarcely studied until now,
raises important shaft sealing issues
central to economic, ecological and
health aspects involving CO2 storage.
The goal of the research is to study,
through digital simulation and from a
hydro-mechanical viewpoint, the sealing of shafts within the context of the
geological sequestration of CO2.
The site studiedThe study focused on the Anderlues
coal mine in the easternmost section
of the Mons coalfield (Belgium). After
coal mining and firedamp recovery,
from 1978 to 2000 Fluxys used the
Anderlues mine for the seasonal sto-
* st-Mm3 : Mm3 à l’état standard (pression 1 bar et temp = 15°C) / Mm3 at standard standard state (1 bar pressure and temp = 15°C)
376
rage of natural gas. Under 3.5 bars of
pressure, the amount of gas stored
was 180 st-Mm³*, 90 % of which was
trapped by adsorption of residual coal
on the surface. This important trapping mechanism, considered one of
the safest and most sustainable
methods, should encourage CO2 storage projects in coal seams.
The hydro-mechanicalmodel and behaviourA hydro-mechanical model of partially
saturated materials was used for the
different simulations. The flow model
considers the presence of water and
CO2 in each of the liquid and gas
phases. Two transport mechanisms
were considered: the advection of
each phase (Darcy's law) and the
diffusion of water and CO2 within
those phases (Fick's laws). Traditional
elastic and elastoplastic models were
used to depict the various materials'
mechanical behaviour.
ConclusionIn the scenario considered, the works
modèles élastiques et élastoplastiques classiques sont utilisés afin de
représenter le comportement mécanique des différents matériaux.
ConclusionDans le scénario envisagé, les travaux
de la mine d’Anderlues sont situés
au-dessus du niveau de la nappe et
les matériaux de scellement du puits
sont dès lors partiellement saturés.
Sous cette hypothèse, l’advection de
la phase gazeuse apparait comme le
mécanisme de transport prédominant
du CO2.
La faible saturation initiale du béton,
ainsi que sa perméabilité intrinsèque
plus élevée que celle du schiste, lui
confère une perméabilité au gaz supérieure à celle du massif. L'essentiel
des flux de CO2 passe donc par ce
matériau (cf. figure). On constate également que le joint hydraulique de
bentonite, en contact avec le soutènement, ne contribue pas à limiter les
rejets de CO2 vers la biosphère. En
effet, les flux de CO2 contournent la
bentonite en passant par le soutènement en béton.
Malgré cela, les modélisations
prédisent de faibles volumes de CO2
rejetés vers la biosphère puisque, sur
500 ans, moins de 4000 tonnes de
CO2 ont été relâchées dans l’environnement. Ce résultat étonnant s’explique essentiellement par deux
limites du modèle : (1) l’absence de
couplages chemo-hydro-mécaniques
qui existent dans les différents matériaux et, en particulier, dans le béton,
et (2) la considération d’un massif parfaitement sain (hypothèse qu’il reste
à démontrer dans une ancienne
mine !). t
10 ans / 10 years
at the Anderlues mine are located
above the water table and the shaft's
sealing materials are therefore partially saturated. The advection of the
gas phase appears to be the main
CO2 transport mechanism in this
hypothesis.
The concrete's low initial saturation
and its intrinsic permeability, which is
higher than that of shale, makes it
more permeable to gas compared to
the host rock. Most of the CO2 flows,
therefore, pass through concrete (see
diagram). It has also been observed
that the bentonite plug, in contact with
the supporting structure, does not
help limit the discharge of CO2 emissions into the biosphere. The CO2
flows bypass the bentonite by going
through the concrete substructure.
Nevertheless, the models forecast
that small amounts of CO2 will be
discharged into the biosphere: less
than 4,000 tons CO2 have been released into the environment in 500
years. Two of the modeling's limitations account for this surprising result:
(1) the lack of chemo-hydro-mechanical couplings in the different materials, especially concrete, and (2) the
consideration of a perfectly healthy
host rock (a hypothesis that remains
to be demonstrated in an abandoned
coal mine). t
50 ans / 50 years
Remblais / Infill
Plate-cuve de résistance /
Resistance structure
Bentonite
500 ans / 500 years
Massif /
Host rock
Plate-cuve d’étanchéité /
Sealing structure
Soutènement /
Sealing structure
Evolution des pressions de gaz autour du puits et de son système de scellement / Change in gas pressure around the shaft
and its sealing system.
M
377
378_382Bangkok_Mise en page 1 23/08/12 14:50 Page378
CONGRÈS-CONFÉRENCES M
WTC 2012 Bangkok
Le Palais du Congrès
(Queen Sirikit Center)
Le Congrès mondial des tunnels WTC 2012, intitulé “Tunnelling and Underground Space for a Global Society” et la 38ème Assemblée
générale de l’AITES se sont tenues à Bangkok du 18 au 23 mai 2012. Le congrès a été organisé par le “Thaïland Underground
and Tunnelling Group (TUTG)” de l’“Engineering Institute of Thailand”, sous le patronage de Sa Majesté le Roi de Thaïlande, et
l’“International Tunnelling and Underground Space Association (ITA-AITES)”.
Bangkok a accueilli pour la première fois cet événement, l'un des congrès les plus importants de l'industrie des travaux publics et de
la communauté des tunnels et des espaces souterrains.
1 - Assemblée générale53 des 68 Nations membres ont contribué ou ont été représentés aux Assemblées
générales.
Entre 2011 (WTC Finlande) et 2012 (WTC Thaïlande), l’ITA-AITES a enregistré
l'adhésion de quatre nouvelles Nations Membres : Costa Rica, Équateur,
Macédoine et Birmanie. Elle compte aujourd’hui 68 nations et 305 membres
(190 membres corporatifs et 115 membres individuels).
Nations membres présentent ou représentées :
Afrique du Sud, Allemagne, Argentine, Australie, Autriche, Azerbaïdjan, Biélorussie,
Belgique, Bosnie-Herzégovine, Brésil, Bulgarie, Canada, Chili, Chine, Colombie,
République de Corée, Costa Rica, Croatie, Danemark, Emirats Arabes Unis, Équateur, Espagne, États-Unis d'Amérique, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Inde,
Iran, Italie, Japon, Macédoine, la Malaisie, Mexique, Monténégro, Myanmar, Népal,
Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, Roumanie, Royaume-Uni, Russie, Serbie,
Singapour, Slovaquie, Slovénie, Suède, Suisse, République tchèque, Thaïlande,
Ukraine.
Nations membres non présents :
Algérie, Arabie saoudite, Egypte, Indonésie, Islande, Israël, Kazakhstan, RDP lao,
Lesotho, Maroc, Panama, Pérou, Turquie, Venezuela, Vietnam.
378
En ce qui concerne les activités ou points particuliers présentés et développés
à l’Assemblée générale, citons :
• les nouvelles modifications des statuts et du règlement intérieur (essentiellement pour des questions de fidélité et clarté de traduction entre les versions
française (qui fait foi) et anglaise,
• l’augmentation de la redevance à acquitter par le pays et l’association hôte
du congrès annuel WTC,
• la présentation d’une vidéo pour promouvoir l'industrie des tunnels et de
l’espace souterrain auprès des universités et des jeunes ingénieurs,
• le bilan du développement des relations de l’AITES avec les États Membres,
• le bilan des contacts avec les associations sœurs AIPCR, ISRM, SIMSG, l'IRF,
IFME, l'AIU, l'ICLEI et ACUUS,
• le point sur les Prime Sponsors et Supporters de l’AITES,
• les relations avec les Nations Unies et d’autres organisations internationales.
2 - Les travaux des comités et des groupes de travailL”Assemblée générale a également fait le point sur les travaux de ses comités
(COSUF, ITACET, ITACUS, et le dernier né ITATECH) et de ses groupes de travail.
En terme de publication, 5 rapports produits par 4 groupes de travail (WG) ont
CONGRÈS-CONFÉRENCES
Les 12 groupes de travail actifs de l’AITES, et qui participent aux WTC, sont les
suivants :
WG 2 : Research / Recherche dont ‘Stratégie’, ‘Suivi et contrôle des travaux
souterrains’ et ‘Gestion des risques’.
WG 3 : Contractual Practices / Pratiques contractuelles
WG 5 : Health and Safety in Works / Santé et sécurité dans les travaux
WG 6 : Maintenance and Repair / Entretien et réparation dont la résistance des
structures au feu
WG 9 : Seismic Effects / Effets des séismes et particulièrement dans les régions
du monde fortement secouées.
WG 11 : Immersed and Floating Tunnels / Tunnels immergés et flottants
WG 12 : Sprayed Concrete Use / Utilisation du béton projeté, des bétons renforcés
par des fibres et des mortiers
WG 14 : Mechanization of Excavation / Excavation mécanisée et gestion des
risques et des assurances
WG 15 : Underground and Environment / Souterrain et environnement
WG 17 : Long Tunnels at Great Depth / Tunnels longs à grande profondeur
WG 19 : Conventional Tunnelling / Creusement traditionnel
WG 20 : Urban Problems, Underground Solutions / Problèmes urbains, solutions
offertes par l'espace souterrain
3 - Le congrès-
Ouverture officielle du Congrès par le Dr. Suchatvee Suwansawat,
Président du Congrès et le Prof. In-Mo Lee, président de l’AITES.
Plus de 1300 personnes ont participé au Congrès. Cette participation forte
confirme l’attrait des congrès WTC.
3.1 - Conférences
Dans le cadre d'un séminaire de bon niveau, les participants ont présenté des
sujets techniques, échangé des idées, et rencontré des décideurs de l'industrie,
des universitaires, des développeurs et des décisionnaires de la région et de
nombreuses autres parties du monde.
En plus des traditionnelles séances techniques animées par des intervenants de
renom, le programme scientifique a abordé les défis de l'industrie des tunnels
et des espaces souterrains tels que l'atténuation des catastrophes naturelles, la
résistance des structures souterraines aux effets sismiques et la gestion des
espaces souterrains.
Parallèlement aux conférences, des visites techniques ont été organisées à
Bangkok telles que le projet de l’extension de la « Blue Line - MRT» (l'un des
projets les plus emblématiques) et de la réhabilitation des réseaux d’alimentation
et de traitement de l’eau.
359 articles ont été publiés et sont disponibles dans les actes du congrès. Parmi
eux, 159 ont fait l’objet d’une présentation orale et 200 l’ont été sous forme de
poster.
Les 10 articles présentés par des membres français sont les suivants :
• Camus T., Fontanille G., NFM Technologies, France : « Recent development
of tbm technologies case studies of three tunnel projects in China ».
In this paper we focus on the operational range of three types of shield TBMs,
i.e. Double Shield, Slurry, and EPB machines. Continuous improvements of
chemical additives have resulted in extending the capability of each of these
TBM types over a wider range of geological conditions. Specific designs of the
TBMs were also required : this concerns the cutter head in particular but also
the implementation of the additives system and real time control, so as to take
full advantage of these chemicals during operation.
This is illustrated with three case studies of recent or current tunnel projects
in China:
- Yin Tao Water diversion – hard rock tunnel, double shield TBM
- Beijing-Tianjin High Speed rail – soft soil, large diameter, slurry TBM
- Guangdong Intercity rail – mixed ground, EPB TBM
• Vaskou P., Amantini E. & You T., Géostock, Rueil-Malmaison, France :
« Underground storages in unlined mined caverns - comparison with civil
underground excavations »
Unlined mined storage facilities are often considered as standard underground
works comparable to railway/highway tunnels or hydroelectric power houses,
this due to similar shapes, concepts and excavation methods. However, mined
cavern storage facilities for oil and gas products are a very specific domain
for design. Aspects such as investigation, layout, section, depth, etc. are presented for mined caverns and compared with tunnels and power houses. Similar to power houses, mined caverns require good rock mass conditions to
ensure long term stability of the openings with cost-effective rock support,
structural reinforcement and grouting works but also specific hydrogeological
and petrophysical rock mass characteristics to allow for hydraulic containment
of the stored product without lining (Van Hasselt et al., 2003).
• Martarèche F., Razel Bec- Fayat group, France, France « The Perforex
pre-cutting method: an inventive tunnel construction technique maximizing safety for the workers and surroundings »
The Perforex pre-cutting method consists of creating a protective concrete
hull ahead of the cutting face to provide safety to workers and to minimize
disturbance to the ground and surrounding structures. With more than
M
été publiés : “Control and Monitoring” (WG2), “Guidance on the safe use of temporary ventilation ducting in Tunnels” (WG5), “Guidelines for good working practice in high pressure compressed air” (WG5), “An owners guide to immersed
tunnels” (WG11) et ‘Report on underground solutions for urban problems’ (WG20).
379
30 references, in Europe and in various types of soils, the method is being
improved constantly. It requires a specific machine which is designed according
to the dimension of the tunnel and the nature of the ground. Providing due
care is given during construction, the method is very safe for the workers,
considerably reducing the risk of collapse and settlement and proves to be
very cost efficient. In addition, it is adaptable to conditions which may differ
from those expected at engineering stage. The method is perfectly suited to
urban tunnelling and can be advantageously used in soft soil to mid hard rock.
• Larive C., Chamoley D., CETU, France : « Repairing water leaks in tunnels
using sprayed products »
Water penetration has always been, and is still, a major source of damage to
the structure and the equipment in tunnels, especially in old tunnels built
before waterproofing membranes became available. Today, it remains difficult
to simultaneously achieve total effectiveness of the repair (essential in road
tunnels because of the risks associated with ice on the road and with stalactites), “reasonable” cost, and low impact on tunnel operation. Techniques using
waterproofing products offering high adhesion onto the structure are very
appropriate in order to combine the three goals mentioned above. Nevertheless,
it is necessary to avoid water leakage during the polymerisation phase, which
is a critical step. Four mortars for immediate blockage and temporary waterproofing were sprayed in panels submitted to water leakage during spraying
and then to water pressure for 28 days. On these test panels, three waterproofing membranes covered by sprayed concrete (wet and dry methods) and
two waterproofing mortars were sprayed on. The bond strengths between the
superimposed layers were measured after 28 days in accordance with standard NF EN 14488-4+A1. It appears to be difficult to block even slowly leaking
running water, and to reach the value of adhesion (bond strength) usually required in France (1.5 MPa). Some mortars achieve this value, but not all of them,
and sprayable waterproofing membranes do not.
380
tals and make its optimisation very user-friendly. It allows in particular to model
three-dimensional morphology of a site with its geological context and also to
show a virtual and interactive impact of the implementation of different types
of tunnel portals on a site. T-Tunnel offers the user the ability to create multiple
configurations of tunnel portals, and gives instantaneously the calculation of
quantities (area and volume) required to estimate the cost of the works based
on a parametric “cost” function. The example presented in the article shows
the range of possibilities of analysis and design optimisation. Functions are
available to export data (images and results of calculations) in order to make
easier the subsequent use of specific design tools. A free version of the
software can be downloaded on the CETU website.
• De Rivaz B., Bekaert SA, France, Preedee Ngamsantikul & Gan Cheng Chian,
Bekaert Singapore Pte Ltd, Singapore : « Fibre sprayed concrete relevant
tests of characterization for design »
Multiple research studies and tests on the behaviour of steel fibre reinforced
concrete have been carried out in recent years in various countries. They have
greatly contributed to a better characterization of Steel Fibre Reinforced
Concrete (SFRC), and have thus allowed to gain a better understanding of the
behaviour of this material and to specify minimum
performance requirements for each project. This article will present the material
property determination using standardized testing methods and some improvements in the test procedure for sprayed concrete in order to:
- obtain a mechanical property to be used as input for the dimensioning
method;
- ensure compliance with International Recommendations, in this case Model
Code 2010 published by fib.
• Janin J-P., Le Bissonnais H., Guilloux A., Terrasol, France, Dias D., Emeriault F.,
Grenoble-INP, UJF, Kastner R., INSA de Lyon, France : « South Toulon tube :
numerical back-analysis on in situ measurements »
The full face excavation associated with ground reinforcement is a common
technique to build large tunnels in soft rock or hard soil. Nevertheless, at the
design phase, it remains difficult to assess the effect of the different construction and reinforcement elements on the ground movements control and settlements. In order to improve the understanding of ground response to this
tunnelling method, a monitoring section has been installed during the construction of the south Toulon tunnel (France). An important database was obtained
and subsequently used for numerical back-analysis. A 3D Finite Element calculation, modelling the real pre-reinforcements system and workflow steps,
permitted to simulate the in situ measurements. Afterwards, bi-dimensional
models had been made as well. The fitting of bidimensional results on 3D ones
permitted to find the stress release values corresponding to the real excavation
process of the monitoring zone.
• Dupont J. & Walet F., Egis Tunnels, France, Labrit G., Grand Lyon, France :
« Croix-Rousse tunnel safety gallery excavation - a design-build procedure
to reduce the impacts on the urban environment »
The Croix-Rousse tunnel is a major French urban road tunnel, located in Lyon
city centre. Major renovation works are required due to the age of its structure
and the changes in French and European regulations. A solution has been defined: the complete rehabilitation of the existing tube (including 5 shafts and
ventilation plants), excavation and planning of a safety gallery parallel to the
existing tube, as well as several cross-passages to permit the evacuation of
road users, and ventilation of the tube, and public area space planning. This
safety gallery will also be especially reserved for alternative transport (public
transport, pedestrian walkways and cycle paths). It was interesting for the Project Owner to ensure that the Contractor was involved in the design phase, in
particular so as to reduce temporary closures of the existing tube during the
excavation of the new tube: the design-build procedure offers an answer to
these objectives. Blast techniques were used for the safety gallery excavation,
mainly due to geological conditions. However, the highly urbanized environment
imposed severe constraints on the works with regards to people and adjacent
structures.
• Gaillard C. , Humbert E., Subrin D., CETU, France : « T-Tunnel : software
dedicated to design of tunnel portals »
CETU (Tunnel Study Centre, Ministry of transportation, France) has developed
a software tool, called T-Tunnel, aimed at simplifying the design of tunnel por-
• Russo M., BG Consulting Engineers, France, Collomb D., BG Consulting
Engineers, Switzerland, Lacroix A., SPIE Batignolles TPCI, France, Patret P.,
Dodin Campenon Bernard, France : « Eastern France high speed link tunnelling the alsatian fault and vosgian sandstone »
CONGRÈS-CONFÉRENCES
• Labbe M., AFTES, France : « An original “national research project”
initiated by the AFTES, aimed at promoting a wider and better use of underground space in France »
For the first time, a National Research Project initiated by the AFTES is launched
in France in order to raise awareness and recognize the underground as an
essential resource for site development for tomorrow’s cities. This project
mobilizes researcher’s skills, as well as professionals actively linked to subterranean and land development (business, engineering, urban planners, economists, sociologists, lawyers, environmentalists, etc.). The goals are to give
tools for a good use of the underground. In order to achieve that we need to
identify blocking issues and suggest answers on what some already consider
as the great issue of the metropolis. This research project is based on concrete
case studies. It will address the themes of knowledge and representation of
the underground, environmental assessment of the proposed project and the
demonstration of their sustainable character. Finally it will present all aspects
that can help remove obstacles to the development of this resource.
La contribution française aux publications a été un peu plus faible que pour
l’an passé, au congrès d’Helsinki.
Ajoutons que durant l’Open session consacré aux espaces souterrains,
M. Jean Pierre Palisse, directeur d’études à l’Institut d’Aménagement et
d’Urbanisme d’Ile-de-France, a mis en perspective toutes les réflexions qui
ont été menées pour le développement de l’espace souterrain et son utilisation
au service des transports et de l’aménagement de la région Ile de France. Il a
ensuite introduit et situé les attentes et enjeux du projet national de recherche
Ville10D en cours de montage. Rappelons que M. Palisse est un des principaux
animateurs de ce projet national.
M. Palisse a ensuite complété son propos lors de la table ronde qui a suivi,
table ronde animé par Han Admiraal.
3.2 - L’exposition
79 sociétés ont présenté leurs réalisations et savoir faire dont 7 françaises :
CBE Group : CBE Group est le leader mondial dans la conception de moules
pour voussoirs, d’usines de préfabrication et d’équipements de manutention.
L’usinage des pièces et l'assemblage des moules sont effectués dans les propres ateliers de la société, grâce à une main d'œuvre hautement qualifiée.
Sont réalisés également les équipements de manutention pour des pièces
préfabriquées sous la marque ACIMEX. CBE livre aussi “clé en mains”
des usines de production automatisées de voussoirs de type carrousel
et assure la formation des personnels qui seront affectés à son fonctionnement.
HOLCIM : HOLCIM France fait partie du groupe suisse HOLCIM Ltd, acteur
mondial majeur dans les matériaux de construction. La direction GEOROC a
pour mission de concevoir, de développer et de proposer des liants, des services et des solutions adaptés aux applications spécifiques et nouvelles des
acteurs de la construction auxquelles les ciments traditionnels ne peuvent
répondre, notamment la gamme de liant hydraulique ultra fin nécessaire à la
consolidation des sols, roches et au renforcement des structures et le système
“couple ciment adjuvants” pour la réalisation de coulis destinés à l’injection
des gaines des ouvrages en béton précontraint.
METALLIANCE : METALLIANCE apporte une réponse adaptée en ce qui
concerne la pose de voies et la mise en œuvre des bétons et enrobés. Plus
spécifiquement, dans le domaine des travaux souterrains : les trains sur pneus
TSP, les véhicules multiservices VMS et les véhicules de sécurité VS. Des véhicules de transport de personnel ainsi que des engins spéciaux de manutention
complètent la gamme dont le système “Carrossage variable” qui permet d’utiliser les trains sur pneus et véhicules multi-services pour des diamètres de
tunnel à partir de 4 mètres, et des pentes importantes. Pour les travaux en
environnements
difficiles, un robot porte-outils, avec possibilité d’ équipement tel que brise
roche hydraulique, fraise, projection de béton, scie diamant…fait partie du
catalogue de la société.
MS : Depuis 35 ans, MS apporte des solutions complètes et “sur-mesure”
sur trois marchés cibles : Carrières/Industries Minérales (préparation sables
à béton ou sables industriels spéciaux, gestion des eaux et des boues),
travaux Publics/Souterrains (Traitement déblais excavés par tunneliers à
pression de boue, traitement eaux de chantier) et environnement/Industries
(Traitement sols pollués, curage ports ou bassins, traitement d’eaux
d’usine). Dans ces 3 domaines d’activité, M.S. apporte un bureau d’études
confirmé avec engineering en 2D et 3D, un pôle électricité et automatismes
assurant le développement des process et la télémaintenance, une gamme
complète d’équipements spécifiques (dont certains tels qu’hydrocyclones,
essoreurs, tamiseurs cycloniques, séparateurs à lit fluidisé, décanteurs,
filtres-presses, centrifugeuses) et une usine de fabrication et de montage
dédiée.
NFM Technologies : En plus de 20 ans, NFM Technologies est devenu un
constructeur de tunneliers de réputation mondiale, présent sur le marché
du creusement mécanisé de galeries, pour des projets de tunnels ferroviaires, autoroutier ou routier, métro, assainissement, irrigation ou galerie
hydraulique. La construction de tunneliers de grands diamètres va de 4 m
à plus de 15 m adaptés à tout type de géologie : pression de terre (EPB),
pression de boue (benton’air®), mode mixte, roche dure à simple ou double
bouclier, gripper…
RBL-REI : RBL-REI est un spécialiste des transporteurs à bande. Mondialement
connu pour ses Overlands (convoyeurs très longs et courbes), RBL-REI conçoit
et réalise les transporteurs d’évacuation de marinage derrière les tunneliers.
Ses autres activités, comme la mine, la carrière ou le portuaire, permettre de
traiter du stockage, de la reprise ou des chargements de train ou de bateau :
Débit maxi : 20 000 t/h - Longueur maxi : 40 km -Courbes mini : 200 m.
M
In 2010 the construction of the second phase of the Eastern European High
Speed Railway Line (LGV Est Européenne), linking Paris to Strasbourg have
started. This 106 km stretch includes the Saverne Tunnel, the first designed
in France according to the new European regulation on safety in railway tunnels
(CE 2008/163). Saverne tunnel excavation started in mid November 2011. In
this paper an overview and reconsideration of the key issues of the project is
given after the beginning of excavation.
381
TBM Assistance : TBM est spécialisé dans la fourniture de personnel
professionnel et de produits pour l'industrie du tunnel. En plus du personnel
de chantiers, TBM est en mesure de démonter et de monter les structures et
les équipements des tunneliers, mais aussi d’en réaliser la maintenance.
3.3 - Le stand AFTES
Dans l’enceinte du stand global AFTES, à côté de la partie réservée aux exposants qu’avait regroupés François Valin ; Alain Mercusot et Maurice Guillaud
accueillaient les visiteurs intéressés par les activités de l’AFTES ; en particulier,
nombre d’entre eux, venant de divers pays, nous ont posé beaucoup de questions sur notre programme de formation « mastère ».
4 - Prochaines réunions annuelles du congrès mondialdes tunnelsElles auront lieu à :
• Genève, Suisse, du 31 Mai au 5 Juin 2013, pendant l’ITA-AITES WTC 2013
“Underground – the Way to the Future”
• Iguaçu Falls, Brésil, du 9 au 15 Mai, 2014, pendant l’ITA-AITES WTC 2014
“Tunnels for Better Living”
• Dubrovnik, Croatie, du 22 au 28 Mai 2015, pendant l’ITA-AITES WTC 2015
“Promoting Tunnelling in South East European Region”. t
Visite du stand AFTES par le Dr. Suchatvee Suwansawat,
Président du Congrès et le Pr. Narong Thasnanipan (Advisory Board).
Le 10 juillet 2012 à Caluire Jacques NARDIN
a reçu la Légion d’Honneur
382
C’est avec beaucoup de solennité et d’émotion que le mardi 10 juillet,
Jacques Nardin a reçu les insignes de Chevalier de la Légion d’Honneur, des
mains du colonel Aziz Meliani, Président de l’UNACFME (Union Nationale
des Anciens Combattants Français Musulmans et leurs Enfants).
travaux souterrains à la tête de l’Entreprise Pressiat puis chez Chantiers
Modernes jusqu’à sa retraite. Il a toujours été très attaché à l’AFTES car il
a été le 1er président de la délégation Sud-Est entre 1997 et 2006 sous la
présidence de Jean Philippe.
Rappelons que Jacques Nardin, officier de réserve, a passé 2 années en
Algérie comme SAS (Section Administrative Spécialisée) à la tête d’un
groupe de 80 harkis. Puis, il a œuvré pendant plus de 20 ans dans les
Beaucoup de monde, militaires et civils, s’était réuni autour de Jacques
Nardin et sa famille afin de souligner cet honneur largement mérité pour
cet homme engagé et dévoué tout au long de sa carrière. t
383_384agenda_Mise en page 1 23/08/12 11:44 Page383
AGENDA/CALENDAR
SEPTEMBRE
3 au 5 septembre 2012
rd
ICCRRR 2012 - 3 International
Conference on Concrete Repair,
Rehabilitation and Retrofitting
LE CAP, Afrique du Sud
www.iccrrr.uct.ac.za
18 au 19 octobre 2012
ISC’4 - Fourth International Conference
on Geotechnical on Geophysical Site
Characterization
PORTO DE GALINHAS, Brésil
www.isc-4.com
International Congress
"Fire Computers Modeling" - FCM2012
SANTANDER, Espagne
www.fcm2012.unican.es
5 th International Symposium Human
Behaviour in fires 2012
CAMBRIDGE, Royaume-Uni
www.intersciencecomms.co.uk
Baku Tunneling Congress 2012
Tunnels and Underground Infrastucture
in Urban Areas
BAKU, Azerbaïdjan
www.azta-asso.com
BEFIB 2012 - 8 th RILEM International
Symposium on Fibre Reinforced
Concrete : Challenges and
Opportunities
GUIMARAES, Portugal
www.befib2012.civil.uminho.pt
23 octobre 2012
Performances du Béton soumis
à haute température :
du matériau à la structure
PARIS, France
www.betonfeu2012.com
19 th ITS World Congress :
Smarter on the way
VIENNE, Autriche
2012.itsworldcongress.com
4 th Annual Fire Protection and Safety
in Tunnels Conference
MUNICH, Allemagne
www.arena-international.com
5 th European Geosynthetics
Conference “EuroGeo5”
VALENCE, Espagne
www.eurogeo5.org
UBIFRANCE, Infrastructure Portuaires
et Logistiques
Vietnam
www.ubifrance.fr
FIVE 2012 : 2 nd International
Conference on Fires In Vehicles
CHICAGO, USA
www.firesinvehicles.com
OCTOBRE
Congrès Exposition de la SIM
CAEN, France
www.lasim.org
International Trade Fair for Transport
Technology Innovative Components Vehicles - Systems
BERLIN, Allemagne
www.innotrans.com
8 th Austrian Tunnel Day and
61 st Geomechanics Colloquy :
50 years NATM
SALZBURG, Autriche
www.oegg.at
2nd International Symposium on
Constitutive Modeling of Geomaterials :
Advances and New Applications
BEIJING, Chine
www.csrme.com
23 octobre 2012
Colloque CIMbéton
PARIS, France
www.betonfeu2012.com
29 octobre au 1er novembre 2012
UBIFRANCE, Colloque Transports
ferroviaires et urbains
Vietnam
www.ubifrance.fr
NOVEMBRE
7 au 9 novembre 2012
13 th world conference of ACUUS
Underground Space Development Opportunities and Challenges
SINGAPOUR
www.acuus2012.com
Séminaire international sur
les tunnels de grande longueur
SANTIAGO DU CHILI, Chili
www.tunnelcanada.ca
The Tunnel connects: 1 st Eastern
European Tunnelling Conference
BUDAPEST, Hongrie
www.ita-hun.hu
Tunnels et espaces souterrains :
Pérennité et innovations
MONTREAL, Canada
www.tunnelcanada.ca
19 au 21 novembre 2012
Congrès INFRA 2012
MONTRÉAL, Canada
www.ceriu.qc.ca
M
383
383_384agenda_Mise en page 1 23/08/12 11:44 Page384
AGENDA/CALENDAR
18 au 20 mars 2013
2013
JANVIER
30 au 31 janvier 2013
40 ème Congrès International ATEC ITS
PARIS, France
www.atec-itsfrance.net
MARS
10 au 14 mars 2013
FraMCoS-8 - 8 th International
Conference on Fracture Mechanics of
Concrete and Concrete Structures
TOLEDO, Espagne
www.framcos8.org
12 au 14 mars 2013
INTERtunnel Russia 2013
MOSCOU, Russie
www.intertunnelrussia.com
TU-SEOUL 2013: International
Symposium on Tunnelling and
Underground Space Construction for
Sustainable Development
SEOUL, Corée
www.tu-seoul2013.org
MAI
27 au 29 mai 2013
First International Conference on
Concrete Sustainability
TOKYO, Japon
www.jci-iccs13.jp
31 mai au 7 juin 2013
AVRIL
9 au 11 avril 2013
9 èmes Rencontres Géosynthétiques
DIJON, France
www.rencontresgeosynthetiques.org
ITA-AITES World Tunnel Congress and
39 th General Assembly
GENEVE, Suisse
www.wtc2013.ch
JUIN
6 au 8 juin 2013
17 au 19 avril 2013
EURO:TUN 2013 - III International
Conference on Computational Methods
in Tunnelling and Subsurface Engineering
BOCHUM, Allemagne
www.eurotun2013.rub.de
RocDyn-1 : First Internatinal Conference
on Rock Dynamics and Applications
LAUSANNE, Suisse
www.rocdyn.org
16 au 19 juin 2013
Sixth Symposium on Strait Crossings
BERGEN, Norvège
www.sc2013.no
22 au 24 avril 2013
23 au 26 juin 2013
12 th International conference
"Underground Construction"
PRAGUE, République Tchèque
www.ita-aites.cz
Rapid Excavation and
Tunneling Conference (RETC)
WASHINGTON DC, USA
www.retc.org
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TUNNELS
ET ESPACE SOUTERRAIN
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Adresse complète / Complete address : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ville/Town : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pays/Country : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tél. : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Tél. : 00 33 (0)4 37 91 69 50 - Fax : 00 33 (0)4 37 91 69 59 - E-mail : [email protected]
384
3edecouv
2/11/07
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Tunnel 210x297.qxd:Mise en page 1
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18:10
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NFM TECHNOLOGIES. TUNNEL BORING MACHINE MANUFACTURER.
OUR MECHANICAL EXPERTISE
WORKING FOR YOUR PROJECTS
NFM Technologies is a manufacturer of tunnel boring machines from 4 m to over 15 m in diameter, for any type
of geology, making large-scale projects possible for rail, road or water infrastructures.
Christian Menanteau. Photo credits Benoît Brun, Dortmann, Liminet.
NFM Technologies’ broad range of competences as an OEM in the cutting-edge mechanical sector means that it
can propose innovative technical solutions, integrating specific requirements for each project and guaranteeing
a high level of equipment reliability.
Whether for improving access to regions, developing infrastructures, or improving quality of life, our expertise
is available to meet with your needs.
Hard-rock TBM
Soft ground TBM
Dual mode TBM
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