Association mondiale de la Route
RECOMMANDATIONS SUR LES RISQUES ASSOCIÉS AUX PENTES POUR LES ROUTES World Road Association
2004
SLOPE RISK GUIDANCE FOR ROADS
Comité AIPCR Terrassements, Drainage, Couche de Forme (C12) PIARC Committee on Earthworks, Drainage and Subgrade (C12)
SOMMAIRE I.
CONTEXTE ..........................................................................................................................................................................6 I.1. I.2. I.3. I.4.
II.
TRAVAUX ANTERIEURS DU C12 DE L'AIPCR ...............................................................................................................6 DEFINIR L'ACTIF GEOTECHNIQUE ..................................................................................................................................6 GESTION REACTIVE PAR OPPOSITION A PROACTIVE .....................................................................................................8 LES CAUSES ET MECANISMES DE L'INSTABILITE DES PENTES EN SOL MEUBLE ............................................................8
ÉVALUATION DES DANGERS......................................................................................................................................10 II.1. PRINCIPAUX DANGERS ET IMPACT DE L'INSTABILITE DES PENTES ..............................................................................10 II.2. UNE METHODOLOGIE D'EVALUATION DES RISQUES ....................................................................................................10 II.2.1. La nécessité d'une évaluation des risques .............................................................................................10 II.2.2. Procédure d'évaluation des risques.........................................................................................................10 II.2.3. Évaluation des risques au niveau stratégique (ERNS) .........................................................................14 II.2.4. Évaluation des risques au niveau tactique (ERNT)...............................................................................18
III. METHODES D'ANALYSE DES RISQUES ...................................................................................................................20 III.1. LES APPROCHES QUALITATIVES ET QUANTITATIVES QUI ONT ETE (OU POURRAIENT ETRE) APPLIQUEES A L'INSTABILITE D'UNE PENTE ......................................................................................................................................20 III.2. APPROCHE SEMI - QUANTITATIVE................................................................................................................................20 III.3. APPROCHE QUALITATIVE .............................................................................................................................................22 III.4. EXEMPLES D'APPROCHES QUANTITATIVES ET SEMI-QUANTITATIVES DE L'ANALYSE DES RISQUES ..........................22 IV. VULNERABILITE ..............................................................................................................................................................26 IV.1. SANTE ET SECURITE ...................................................................................................................................................26 IV.2. ÉTATS LIMITES ULTIMES ET DE SERVICE DE LA ROUTE ET DES STRUCTURES ASSOCIEES ......................................26 IV.3. RETARDS ET PERTURBATIONS POUR L'USAGER DE LA ROUTE ...................................................................................28 IV.4. REPERCUSSIONS SOCIO-ECONOMIQUES DES EBOULEMENTS ....................................................................................28 IV.4.1. Fréquence des éboulements ....................................................................................................................30 IV.4.2. Performances futures.................................................................................................................................32 IV.5. REPERCUSSIONS SUR L'ENVIRONNEMENT ET LA DURABILITE.....................................................................................32 IV.5.1. Développement durable.............................................................................................................................34 IV.5.2. Protection des eaux contrôlées ................................................................................................................34 IV.5.3. Maximisation de la réutilisation des matériaux.......................................................................................36 IV.5.4. Végétation....................................................................................................................................................36 IV.5.5. Sites faisant partie du patrimoine et protégés sur le plan environnemental ......................................38 IV.5.6. Préservation de la valeur environnementale ..........................................................................................38 IV.6. FACTEURS LOGISTIQUES ET DE COMPTABILITE DANS LA GESTION DES ACTIFS .........................................................38 IV.6.1. Logistique.....................................................................................................................................................38 IV.6.2. Coût total sur le cycle de vie .....................................................................................................................40 IV.6.3. Comptabilité des ressources.....................................................................................................................40 BONNES PRATIQUES ............................................................................................................................................................44 DEVELOPPEMENTS FUTURS ..............................................................................................................................................44 BIBLIOGRAPHIE ......................................................................................................................................................................46 PUBLICATIONS .....................................................................................................................................................................46 LOGICIELS ............................................................................................................................................................................46 SITES WEB...........................................................................................................................................................................46
ISBN : 2-84060-166-4 AIPCR
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CONTENTS I.
BACKGROUND TO THE TOPIC......................................................................................................................................7 I.1. I.2. I.3. I.4.
II.
PREVIOUS WORK BY PIARC C12 ..............................................................................................................................7 DEFINE THE GEOTECHNICAL ASSET ...........................................................................................................................7 REACTIVE VERSUS PROACTIVE MANAGEMENT ...........................................................................................................9 SOIL SLOPE INSTABILITY CAUSES AND MECHANISMS .................................................................................................9
HAZARD APPRAISAL .....................................................................................................................................................11 II.1. II.2.
PRINCIPAL HAZARDS AND IMPACT OF SLOPE INSTABILITY .......................................................................................11 A METHODOLOGY FOR RISK ASSESSMENT ...............................................................................................................11 II.2.1. The need for risk assessment................................................................................................................11 II.2.2. Risk assessment procedure ...................................................................................................................11 II.2.3. Strategic level risk assessment (SLRA) ...............................................................................................15 II.2.4. Tactical level risk assessment (TLRA) .................................................................................................19
III. RISK ANALYSIS METHODS ..........................................................................................................................................21 III.1. QUALITATIVE AND QUANTITATIVE APPROACHES THAT HAVE BEEN (OR COULD BE) APPLIED TO SLOPE INSTABILITY ................................................................................................................................21 III.2. SEMI - QUANTITATIVE APPROACH .............................................................................................................................21 III.3. QUALITATIVE APPROACH ..........................................................................................................................................23 III.4. EXAMPLES OF QUANTITATIVE AND SEMI-QUANTITATIVE APPROACHES TO RISK ANALYSIS .....................................23 IV. VULNERABILITY ..............................................................................................................................................................27 IV.1. IV.2. IV.3. IV.4.
HEALTH AND SAFETY ................................................................................................................................................27 ULTIMATE AND SERVICEABILITY LIMIT STATES OF THE ROAD AND ASSOCIATED STRUCTURES ..............................27 DELAYS AND DISRUPTION TO THE ROAD USER.........................................................................................................29 SOCIO-ECONOMIC IMPLICATIONS OF FAILURES .......................................................................................................29 IV.4.1. Frequency of failure.................................................................................................................................31 IV.4.2. Future performance .................................................................................................................................33
IV.5. ENVIRONMENTAL AND SUSTAINABILITY IMPLICATIONS .............................................................................................33 IV.5.1. Sustainable development .......................................................................................................................35 IV.5.2. Protection of controlled waters ..............................................................................................................35 IV.5.3. Maximising the reuse of materials.........................................................................................................37 IV.5.4. Vegetation.................................................................................................................................................37 IV.5.5. Heritage and environmentally protected sites .....................................................................................39 IV.5.6. Maintaining environmental value ...........................................................................................................39 IV.6. LOGISTICAL AND ACCOUNTING FACTORS IN ASSET MANAGEMENT ..........................................................................39 IV.6.1. Logistics ....................................................................................................................................................39 IV.6.2. Whole life costing.....................................................................................................................................41 IV.6.3. Resource accounting...............................................................................................................................41 GOOD PRACTICE ....................................................................................................................................................................45 FUTURE DEVELOPMENTS....................................................................................................................................................45 BIBLIOGRAPHY .......................................................................................................................................................................47 PUBLICATIONS .....................................................................................................................................................................47 COMPUTER SOFTWARE .......................................................................................................................................................47 WEB SITES ...........................................................................................................................................................................47
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ANNEXE 1 : MESURES D'ATTENUATION.................................................................................................................48 ANNEXE 2 : ÉTUDES DE CAS ..............................................................................................................................................60 STRUCTURE DE PRESENTATION DES ETUDES DE CAS ........................................................................................................60 EXEMPLE 1 : M25 GODSTONE, ROYAUME-UNI ..................................................................................................................62 EXEMPLE 2 : COULEE DE ROCHES DETRITIQUES, PISSOT, AUTOROUTE FEDERALE DE LAUSANNE – SIMPLON, SUISSE..80 EXEMPLE 3 : CAS DE GLISSEMENT DE TERRAIN DE VOUNEUIL, FRANCE ...........................................................................84 3 - SITUATION DU GLISSEMENT DE LA RD 749 LE 22/3/2001 ............................................................................................96 EXEMPLE 4 : ROUMANIE ....................................................................................................................................................106 EXEMPLE 5 : NATIONALE 91 DE GRENOBLE A BRIANÇON, ENTRE VIZILLE ET SECHILIENNE ...........................................108 EXEMPLE 6 : GLISSEMENT DE TERRAIN ET COULEE DE LA VALETTE DANS LES ALPES DE HAUTE-PROVENCE ..............110 EXEMPLE 7 : SITE DE LA CLAPIERE ..................................................................................................................................110
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APPENDIX 1: MITIGATION MEASURES.............................................................................................................................49 APPENDIX 2: CASE HISTORIES ..........................................................................................................................................61 FRAMEWORK FOR THE PRESENTATION OF CASE EXAMPLES ..............................................................................................61 EXAMPLE 1: M25 GODSTONE, UK......................................................................................................................................63 EXAMPLE 2: THE PISSOT DEBRIS FLOW, FEDERAL HIGHWAY LAUSANNE – SIMPLON, SWITZERLAND ...............................81 EXAMPLE 3: CAS DE GLISSEMENT DE TERRAIN DE VOUNEUIL, FRANCE .............................................................................85 3 - RD 749 LANDSLIP 22/3/2001 .......................................................................................................................................97 EXAMPLE 4: ROMANIA .......................................................................................................................................................107 EXAMPLE 5: ROUTE 91 FROM GRENOBLE TO BRIANÇON, BETWEEN VIZILLE AND SÉCHILIENNE ....................................109 EXAMPLE 6: LANDSLIP AND FLOW OF LA VALETTE IN THE ALPS OF HAUTE-PROVENCE .................................................111 EXAMPLE 7: LA CLAPIÈRE SITE .........................................................................................................................................111
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I. CONTEXTE I.1.
Travaux antérieurs du C12 de l'AIPCR Parmi les précédents Rapports de l'AIPCR, qui ont débouché sur les thèmes de travail développés ici, figurent : • • •
Érosion des sols pendant et après la construction (1991) Glissements de terrain : Techniques d'évaluation des dangers (1997) Contribution à la gestion des risques des pentes existantes (2000)
Une étude a également été entreprise sur la pathologie des remblais en service (publiée dans Routes/Roads No. 306 11-2000) pour comprendre les performances des remblais et commencer à évaluer l'échelle quantitative d'instabilité. Les recommandations sur les risques associés aux pentes ont été identifiées comme un besoin majeur pour tous les pays dans le cadre du thème de travail conception et construction et un programme sur ce thème de travail a été développé. Pour soutenir le développement des recommandations, les membres du C12 ont ultérieurement été appelés à soumettre des études de cas et expériences antérieures, présentées sous une forme qui identifiait non seulement les problèmes et les solutions, mais soulignait également l'impact indirect et la durée de vie. Le présent Rapport rassemble les expériences concernant les risques associés aux pentes, ainsi que la gestion et les conséquences des dangers des pentes sur la durée de vie des pentes. Un séminaire a également été organisé au printemps 2003 par le Comité C12 et le Comité d'Organisation Népalais sur ‘La Gestion Durable des Risques Associés aux Pentes en Construction Routière’ pour faire connaître le travail du comité, partager les expériences et mieux documenter la préparation du prochain cycle de travail.
I.2.
Définir l'actif géotechnique L'actif géotechnique routier comprend essentiellement : les remblais et excavations; les pentes renforcées et stabilisées; le sol de fondation et la couche de forme sous la chaussée; les fondations structurelles; les terrassements environnementaux/paysagers; le drainage des sols et l'aménagement paysager. Étant donné la grande proportion de matériaux naturels, il existe davantage de variabilité inhérente des performances techniques et de la sensibilité de l'actif géotechnique à la dégradation ou aux changements à long terme que celle affichée par d'autres matériaux (principalement fabriqués) utilisés pour construire d'autres éléments du réseau routier. Les conséquences de leur réponse peuvent considérablement influencer les coûts et le programme de construction, ainsi que la sécurité, l'environnement, les performances et le coût total sur le cycle de vie de la route. De plus, les propriétaires des actifs ont un devoir de diligence envers les propriétaires terriens adjacents et le grand public eu égard à la préservation du soutènement du terrain, et au contrôle des eaux de ruissellement et souterraines. La prévision des performances est également difficile et pas encore maîtrisée, mais l'objectif doit être de développer un concept de ‘vie résiduelle’ pour l'actif géotechnique, ce qui permettra une évaluation efficace et la formulation de stratégies de maintenance valables. AIPCR
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I. BACKGROUND TO THE TOPIC I.1.
Previous work by PIARC C12 Previous PIARC Reports, which have led to the work topics developed here include: • • •
Soil erosion during and after construction (1991) Landslides: Techniques for evaluating hazard (1997) Contribution to risk management of existing slopes (2000)
Also a survey was undertaken on the pathology of in-service embankments (published in Route Roads No. 306 11-2000) to understand embankment performance and to begin assess the quantitative scale of instability. Slope risk guidance was identified as a major need for all countries within the design and construction work theme and a programme for the work topic developed. To support the development of guidance, a call was subsequently made to members of C12 for case histories and past experience, to a format which not only identified problems and solutions but highlighted indirect impact and the full life of an earthwork.
This Report draws together experience of slope risk and the management and consequences of slope hazards throughout the slopes life. In addition, a seminar has been organised in the spring of 2003 by C12 and the Nepalese Organising Committee to on ‘Sustainable Slope Risk Management for Roads’ to disseminate the work of the committee, exchange experience and better inform the planning of the next working session.
I.2.
Define the geotechnical asset The highway geotechnical asset principally comprises: embankments and cuttings, reinforced and stabilised slopes, subgrade and capping beneath carriageway, structural foundations, environmental/landscape earthworks, ground drainage and landscaping. Being largely natural materials, there is more inherent variability to their engineering performance and sensitivity to long-term degradation or changes, than is exhibited by other materials (largely manufactured) used to construct other elements of the highway network. However, the consequences of their response can significantly influence construction programme costs and programme and the safety, environment, performance and whole life cost of the highway. Also owners of assets have a duty of care to adjacent landowners and public at large in respect of retention of support to land and control of run-off and groundwater. Predicting performance is also difficult and not yet understood but the aim must be to develop a concept of ‘residual life’ for the geotechnical asset, which will enable effective evaluation and allow worthwhile maintenance strategies to be formulated.
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I.3.
Gestion réactive par opposition à proactive Il est clairement prouvé qu'une approche proactive de la gestion de l'actif géotechnique a l'avantage de fournir une stratégie de maintenance plus contrôlée et présente moins de risques car les éboulements sont prévenus plutôt que guéris. Une approche proactive offre un meilleur rapport coût/bénéfice, les mesures préventives étant plus économiques, et rassure les dépositaires d'enjeux. Le facteur de durabilité pour les générations futures doit également être pris en compte.
I.4.
Les causes et mécanismes de l'instabilité des pentes en sol meuble Le Tableau 1 expose les principales causes de l'instabilité des pentes. L'état ultime limite est l'état d'effondrement, l'instabilité ou les formes d'éboulement pouvant mettre en danger des biens ou des personnes ou entraîner un préjudice économique majeur. L'état limite de service est l'état de déformation d'un terrassement à tel point que son usage est affecté, sa durabilité est diminuée ou les besoins en entretien sont considérablement accrus. Ou bien c'est un état où un tel mouvement peut affecter toute infrastructure soutenue ou adjacente. La viabilité est l'un des facteurs qui influencent le plus l'exploitation de l'infrastructure mais est probablement le moins connu sur le plan géotechnique. Les changements climatiques de la planète, comme El Niño, ont une influence croissante sur les performances de l'actif géotechnique. Les sols et les roches sont de plus en plus sujets à des variations au niveau des précipitations - intensité et volume – et des températures. Ceci affecte leur résistance aux intempéries et leurs régimes d'eaux interstitielles. Dans les régions de précipitations à intensité accrue, la fréquence et l'envergure des éboulements sont susceptibles d'augmenter, les pentes s'adaptant à leur nouvel environnement. Les principaux mécanismes d'éboulements de pentes peuvent être résumés comme suit : • • • • • •
éboulements superficiels de moins de 2 m de profondeur (remblais, excavations et terrain naturel) ; éboulements profonds de plus de 2 m de profondeur (remblais, excavations et terrain naturel) ; éboulis (terrain naturel) ; plans de cisaillement pré-existants (terrain naturel) ; éboulements rocheux influencés par une discontinuité (excavations et terrain naturel) ; fondations affouillées (remblais).
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I.3.
Reactive versus proactive management There is clear evidence that a proactive approach to managing the geotechnical asset has the advantage of providing a more controlled maintenance strategy and is safer as failures are prevented rather than cured. A proactive approach is better value for money as preventative measures are more cost effective and gives confidence to stakeholders. To be more sustainable for future generations must also be a consideration.
I.4.
Soil slope instability causes and mechanisms Table 1 highlights the major causes of slope instability. Ultimate limit state is the state of collapse, instability or forms of failure that may endanger property or people or cause major economic loss. Serviceability limit state is the state of deformation of an earthwork such that its use is affected, its durability is impaired or its maintenance requirements are substantially increased. Alternatively it is a state where such movement may affect any supported or adjacent infrastructure. Serviceability is one of the major influences on infrastructure operations but is probably the least understood geotechnically. Global climate change, such as El Nino, is an increasing influence on geotechnical asset performance. Soils and rocks are becoming subjected to changes in rainfall, intensity and volume, and temperature. This effects their weathering and pore water regimes. In areas of increased rainfall intensity, failures are likely to increase in frequency and size as slopes adapt to their new environment. The main mechanisms of slope failures can be summarised as follows: •
shallow failures less than 2m deep (banks, cuts and natural ground),
•
deep failures more than 2m deep (banks, cuts and natural ground),
• • •
scree (natural ground), pre-existing shear planes (natural ground), discontinuity influenced rock failures (cut and natural ground),
•
undermined foundation (banks).
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II. ÉVALUATION DES DANGERS II.1.
Principaux dangers et impact de l'instabilité des pentes Les principaux dangers liés au terrain et l'impact de l'instabilité des pentes peuvent être résumés comme suit. • • • • • • •
II.2.
propriétés du terrain et distribution des eaux souterraines sous et adjacentes à une route ; haute variabilité latéralement, verticalement et sur la durée ; incertitudes dans la connaissance de cette science (mécanique des sols et des roches) et par conséquent de l'application/la fiabilité des calculs nominaux ; variabilité de la ‘sensibilité’ des matériaux aux changements d'humidité, au gel, à l'érosion, à la dissolution, aux réactions chimiques ; influence de l'homme : minage (passé/actuel/futur), pollution ; climat : influence des variations saisonnières et des changements climatiques ; catastrophes naturelles : inondations, séismes, typhons, Tsunami.
Une méthodologie d'évaluation des risques
II.2.1. La nécessité d'une évaluation des risques Il est nécessaire d'évaluer les risques d'un actif géotechnique principalement dans le but d'évaluer la probabilité de survenance d'un danger et l'impact de ce danger. Ceci permet de gérer les éléments identifiés à la Section 3.1. Une procédure de gestion des risques est par conséquent nécessaire.
II.2.2. Procédure d'évaluation des risques Le processus d'évaluation des risques peut être divisé en une Évaluation des Risques au Niveau Stratégique (ERNS) et une Évaluation des Risques au Niveau Tactique (ERNT). Au niveau stratégique, l'ensemble des terrassements au sein d'un réseau, ou d'un itinéraire, spécifique sont identifiés, inspectés et hiérarchisés eu égard aux risques qu'ils présentent pour l'efficacité opérationnelle du réseau. Au niveau tactique, les terrassements individuels, ou des portions de ces derniers, sont évalués en détail eu égard aux risques spécifiques, et des mesures visant à atténuer ces risques sont identifiées. En général, le processus d'évaluation des risques est un cycle continu d'inspection, d'évaluation et d'amélioration. Une approche de gestion des risques est illustrée à la Figure 1.
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II. HAZARD APPRAISAL II.1.
Principal hazards and impact of slope instability The principal ground related hazards and impact of slope instability can be summarised as follows. •
Ground properties and distribution of groundwater beneath and adjacent to a road
• •
High variability laterally, vertically and with time Uncertainties in the understanding of the science (soil and rock mechanics) and hence application/reliability of design calculations Variability in the ‘sensitivity’ of materials to moisture changes, frost, erosion, dissolution, chemistry Influence by man: mining (past/current/future), contamination Climate: influence of seasonal variations and climate change. Natural Disasters: flooding, earthquakes, typhoons, Tsunami.
• • • •
II.2.
A methodology for risk assessment
II.2.1. The need for risk assessment The need for risk assessment of a geotechnical asset arises principally to assess the likelihood of a hazard occurring and the impact of that hazard. This allows the management of the items identified in Section 3.1. A procedure to manage the risk is therefore necessary.
II.2.2. Risk assessment procedure The risk assessment process can be divided into a Strategic Level Risk Assessment (SLRA) and a Tactical Level Risk Assessment (TLRA). At the strategic level, all earthworks within a specific network, or route, are identified, inspected and prioritised with respect to the risk they pose to the operational efficiency of the network. At the tactical level individual earthworks, or sections thereof, are assessed in detail with respect to specific risks and measures to mitigate these risks are identified. In general, the risk assessment process is a continuous cycle of inspection, assessment and improvement. A risk management approach is illustrated in Figure 1.
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Oui
Identification de la menace / l'Opportunité à entrer dans le registre des risques Conséquence de la survenance de la menace / l'opportunité Évaluation des risques
probabilité
Impact : en termes de : coût, temps, santé & sécurité, réputation, environnement
Risque : en termes de : coût, temps, santé & sécurité, réputation, environnement
Évaluer les options de gestion des risques Identifier la mesure / l'action de contrôle optimum des risques Déléguer la responsabilité à un individu
Nouvelles informations ou changements de portée Non Valeur de prévoyance si nécessaire
Impact sur le temps
Impact sur le coût
% Probabilité
Valeur de prévoyance
Remarque : La valeur de prévoyance est la somme d'argent mise de côté dans un budget pour couvrir l'impact sur le coût/temps multiplié par sa probabilité
Figure 1 - Une stratégie de gestion des risques
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Yes
Threat / Opportunity identification enter in risk register Consequence of threat / opportunity occuring Risk assessment
Likelihood
Impact: in terms of: cost, time, health and safety, reputation, environment
Risk: in terms of: cost, time, health and safety, reputation, environment
Assess Risk management options Identify optimum risk control measure / action Delegate responsibility to individual
New information or change of scope No Contingency value if necessary
Time impact
Cost impact
% Probability
Contingency value
Note: Contingency value is the sum of money put aside in a budget to cover the cost/time impact times its probability Figure 1 - A risk management strategy
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II.2.3. Évaluation des risques au niveau stratégique (ERNS) Identifier les objectifs de risques et les dangers La première phase de l'ERNS consiste à identifier les objectifs de risques. Ils seront généralement identiques aux exigences de comportement des terrassements des propriétaires et clients. Les objectifs de risques liés à la sécurité doivent toutefois prévaloir sur les objectifs de viabilité ou de maintenance. Une fois les objectifs de risques identifiés, il est alors possible d'identifier les dangers, parfois désignés évènements, pouvant empêcher l'atteinte des objectifs de risques. Inspection et compilation du registre d'actif L'inspection est le processus de collecte de données sur un réseau pour permettre de conduire une évaluation des risques. Elle a également pour fonctions utiles l'identification de la taille de l'actif, de son état et fournit une référence par rapport à laquelle une amélioration, ou une détérioration, de l'état peut être contrôlée. Les données collectées pendant l'inspection d'un actif seront utilisées dans l'analyse des risques uniquement si elles peuvent aider à identifier la probabilité ou les conséquences d'un danger, ou les deux. Par exemple, la hauteur et l'angle de la pente augmentent la probabilité du risque d'éboulement de pente, tandis que les propriétés ou le matériel de signalisation adjacents au sein de la zone de risque d'éboulement de pente augmentent les conséquences potentielles. Par conséquent, la hauteur et l'angle de la pente, ainsi que l'emplacement et la nature des structures ou panneaux adjacents, feront partie des données enregistrées pendant le processus d'inspection d'un actif. En résumé, une connaissance historique et contemporaine des dangers, des facteurs affectant la probabilité, et des conséquences est nécessaire pour s'assurer que l'inspection de l'actif fournit des informations utiles. Le résultat de l'inspection d'un actif de réseau est un registre d'actif, qui contient normalement une quantité importante de données. Analyse des risques au niveau stratégique Plusieurs méthodes peuvent être employées pour analyser les risques. Parmi ces méthodes figurent l'évaluation quantitative des risques (EQR), l'analyse semiquantitative et les jugements qualitatifs. Le choix de la méthode particulière dépendra des données disponibles pour évaluer les conséquences ou la probabilité du danger, ou les deux. L'analyse sera plus ou moins complexe selon que les conséquences sont une fonction d'un seul danger ou de plusieurs dangers combinés. Dans les cas plus complexes, un modèle mathématique des séquences et conséquences des éboulements pourrait être utilisé. Pour les terrassements, il existe relativement peu d'informations disponibles sur les taux de détérioration d'état pouvant être utilisées pour évaluer la probabilité de survenance des risques. Il est toutefois bien connu que la probabilité de risque d'éboulement de pente, par exemple, peut augmenter en cas de mauvais drainage de la pente sur un terrassement raide et en hauteur. En conséquence, la probabilité d'éboulement est généralement établie en recherchant un certain nombre de facteurs sur un terrassement, et en examinant l'état général et le niveau de maintenance. En inspectant ces facteurs, une catégorie d'état peut être affectée, reflétant la probabilité d'un risque. AIPCR
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II.2.3. Strategic level risk assessment (SLRA) Identify risk objectives and hazards The first stage of the SLRA is to identify the risk objectives. These will typically be the same as the earthwork performance requirements of owners and customers. However, safety related risk objectives must take precedence over serviceability or maintenance objectives. Once the risk objectives have been identified, it is then possible to identify the hazards, sometimes termed events, that could prevent risk objectives from being achieved. Inspection and asset register compilation Inspection is the process of collecting data on a network to permit a risk assessment to be carried out. It also serves the useful functions of identifying the size of the asset, its condition and provides a benchmark against which improvement, or deterioration in condition can be monitored. Data collected during an asset inspection will only be of use in the risk analysis if it can help identify either the probability or the consequences of a hazard, or both. For example, slope height and angle increase the probability of a slope failure hazard, whereas adjacent property or signalling equipment within the area of a slope failure hazard increases the potential consequences. Therefore, slope height and angle and the location and nature of adjacent structures or signals would be some of the data recorded during the asset inspection process. In summary, both historical and contemporary knowledge of hazards, factors affecting the probability and the consequences are necessary to ensure that the asset inspection provides useful information. The outcome of the network asset inspection is an asset register, which normally contains a significant amount of data. Strategic level risk analysis There are a number of methods that can be used to analyse risk. These include quantitative risk assessment (QRA), semi-quantitative analysis and qualitative judgements. The particular method chosen will be dependent on the data available to assess either the consequences or probability of the hazard, or both. The complexity of the analysis will be dependent on the whether the consequences are a function of a single hazard or several combined hazards. In more complex cases mathematical modelling of fault sequences and consequences might be used. For earthworks, there is relatively little available information on rates of loss of condition that can be used to assess the probability of hazards occurring. However, it is well known that the probability of a slope failure hazard, for example, can increase if slope drainage is poor on a steep and high earthwork. Consequently, the probability of failure is usually established by looking for a number of factors on an earthwork, and the general condition and level of maintenance. By inspection of these factors a condition grade can be assigned that reflects the probability of a hazard.
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Un processus similaire est adopté pour essayer d'affecter des conséquences à un danger particulier. L'approche courante consiste à affecter une catégorie de conséquence qui reflète le potentiel de dommages corporels ou d'accidents mortels, de dégâts matériels, de maintenance accrue ou de préjudice financier par exemple. Une approche structurée est essentielle lors de l'affectation de probabilités ou conséquences à des dangers particuliers pour éviter toute subjectivité, et obtenir une uniformité de l'évaluation des risques sur un réseau. Le Tableau 2 illustre la manière dont le risque associé à un terrassement particulier au sein d'un réseau ou d'une portion de ce dernier peut être analysé au moyen de catégories simples d'état et de conséquence. Le tableau illustre également les mesures susceptibles d'être prises en fonction du niveau de risque. En appliquant systématiquement la même approche à tous les terrassements d'un même réseau, il est possible de produire un profil de risques pour le réseau, désigné ici registre de risques, qui comprend une liste de dangers et risques (conséquence et probabilité) ainsi que les options d'atténuation (coûts/avantages/risque résiduel). TABLEAU 2 Exemple de matrice simple des risques au niveau stratégique pour classer le niveau de risque et identifier les mesures à prendre (Perry et autres, 2001)
Conséquence du danger (exprimée sous forme de catégorie de conséquence)
Probabilité de risque (exprimée sous forme de catégorie d'état)
Faible (ex. pas de risque pour les personnes ou les biens) Moyenne (ex. risque minime pour les biens, mais coût élevé de perturbation) Forte (ex. risque important pour les personnes, les biens et coûts élevés de réparation ou perturbation)
AIPCR
Bon
Moyen
Médiocre
Risque négligeable
Faible risque
Risque moyen
Inspection de routine
Inspection de routine
Fréquence d'inspection accrue
Risque moyen
Risque moyen
Risque élevé
Inspection de routine
Fréquence d'inspection accrue
Risque moyen
Risque élevé
Inspection de routine
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Évaluation requise
Évaluation requise
Risque inacceptable Évaluation et atténuation
A similar process is adopted when trying to assign consequences to a particular hazard. A common approach is to assign a consequence grade which reflects the potential for personal injury or fatality, damage to property, increased maintenance or financial loss for example. A structured approach is essential when assigning probabilities or consequences to particular hazards if subjectivity is to be avoided, and uniformity of risk assessment across a network is to be achieved. Table 2 demonstrates how the risk associated with a particular earthwork within a network or section of it, can be analysed by means of simple condition and consequence categories. Also shown are the actions that might be taken dependent on level of risk. By systematically applying the same approach to all earthworks within a network it is possible to produce a risk profile for the network, termed here as a risk register, which includes a log of hazards and risks (consequence and probability) and the mitigation options (costs/benefits/residual risk). TABLE 2 Example of a simple strategic level risk matrix to categorise level of risk and to identify actions to be taken (Perry et al, 2001)
Consequence of hazard (expressed as consequence grade)
Probability of hazard (expressed as condition grade)
Low (eg no risk to people or property)
Medium
Good
Average
Poor
Negligible risk
Low risk
Medium risk
Routine inspection
Increased inspection frequency
Medium risk
High risk
Increased inspection frequency
Assessment required
High risk
Unacceptabl e risk Assessment and mitigation
Routine inspection Medium risk
(eg minimal risk to property, but high cost of disruption)
Routine inspection
High (eg high risk to people, property and high costs of repair or disruption)
PIARC
Medium risk Routine inspection
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Assessment required
Hiérarchisation et budgétisation Le registre de risques du réseau résultant de l'analyse des risques au niveau stratégique a pour but : d'identifier l'exposition courante du réseau aux risques découlant de l'actif géotechnique ; de permettre une hiérarchisation de la nécessité d'une nouvelle inspection ou évaluation, d'une maintenance accrue ou d'une mesure corrective pour les terrassements individuels ; et de faciliter la préparation des budgets et prévisions pour les travaux correctifs et de maintenance du réseau. Surveillance de l'état de l'actif A l'issue d'une inspection initiale et d'une évaluation des risques, il est important d'inspecter continuellement l'état de l'actif, d'actualiser le registre d'actif, d'identifier les nouveaux dangers, de ré-exécuter les analyses des risques et d'actualiser le registre des risques au fur et à mesure de la conduite des travaux d'atténuation des risques. Ce processus permet également une re-hiérarchisation des travaux d'atténuation des risques en cas de changements imprévus de l'exposition aux risques (négatifs ou positifs) et d'apporter les modifications nécessaires aux prévisions budgétaires. La fréquence des inspections ultérieures dépendra des résultats de l'évaluation initiale des risques et des progrès de l'Évaluation des Risques au Niveau Tactique (ERNT) ainsi que des travaux d'atténuation des risques. Une inspection et une évaluation des risques régulières sont toutefois le seul moyen de contrôler l'exposition aux risques sur une longue période.
II.2.4. Évaluation des risques au niveau tactique (ERNT) Évaluation des terrassements Les terrassements individuels identifiés dans le cadre de l'ERNS comme ne satisfaisant pas les objectifs de risques stratégiques feront l'objet d'une nouvelle évaluation pour déterminer le moyen le plus efficace d'atténuer les risques spécifiques. Il s'agit de la collecte de données spécifiques à un site, à utiliser dans une analyse détaillée des risques basée sur les risques identifiés au niveau stratégique. Le but est aussi de s'assurer que les options d'atténuation des risques les plus appropriées sont sélectionnées. Registre des risques et options d'atténuation des risques L'analyse des risques au niveau tactique est comparable à l'analyse au niveau stratégique et comprend l'identification des dangers, de leur probabilité de survenance et de leur conséquence. La principale différence est toutefois que chaque risque perçu est identifié et entré dans un registre de risques. Pour chaque risque, un coût d'atténuation de ce dernier, ou au moins de réduction à un niveau acceptable, est estimé parallèlement aux avantages associés. Tout risque résiduel suite à une atténuation est également identifié. Dans de nombreux cas, plusieurs options d'atténuation peuvent être envisagées pour chaque risque. Le registre des risques permet ensuite de prendre une décision quant à l'option d'atténuation qui offre le meilleur rapport coût-avantage tout en réduisant les risques à un niveau acceptable. Sélectionner et mettre en œuvre des mesures d'atténuation des risques Suite à la sélection des mesures d'atténuation des risques, ces mesures sont mises en œuvre, et le terrassement est surveillé dans le cadre du programme de surveillance d'ensemble. Une surveillance continue, et une inspection au niveau stratégique, sont importantes car elles fourniront des données précieuses sur les performances de mesures d'atténuation particulières et leur future utilisation ailleurs sur le réseau. AIPCR
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Prioritisation and budgeting The network risk register resulting from the strategic level risk analysis serves the purposes of: identifying the current exposure of the network to risk, arising from the geotechnical asset; allowing prioritisation of the need for further inspection or assessment, increased maintenance or remedial action of individual earthworks; and assisting in preparing budgets and forecasts for network remedial and maintenance works. Monitoring of asset condition Following an initial inspection and risk assessment, it is important to continuously inspect asset condition, update the asset register, identify new hazards, re-run risk analyses and update the risk register as risk mitigation works are carried out. The process also allows re-prioritisation of risk mitigation works if there are unexpected changes in risk exposure (negative or positive) and the necessary changes to budget forecasts. The frequency of subsequent inspections will be subject to the findings of the initial risk assessment and the progress of Tactical Level Risk Assessment (TLRA) and risk mitigation works. However, regular inspection and a risk assessment is the only way in which exposure to risk can be controlled over long period of time.
II.2.4. Tactical level risk assessment (TLRA) Earthwork assessment Individual earthworks identified within the SLRA as not satisfying strategic risk objectives will be subject to further assessment to establish the most effective way of mitigating the specific risks. It essentially comprises the collection of site-specific data, for use in a detailed risk analysis based on the risks identified at strategic level. It is also aimed at ensuring the most appropriate risk mitigation options are employed.
Risk register and risk mitigation options The tactical level risk analysis is similar in nature to the strategic level analysis and comprises identifying hazards, their probability of occurrence and their consequence. However, the main difference is that each perceived risk is identified and entered into a risk register. For each risk a cost of mitigating it, or at least reducing it to an acceptable level, is estimated along with the associated benefits. Any residual risks following mitigation are also identified. In many cases several mitigating options may be considered for each risk. The risk register then permits a decision to be made as to which mitigating option provides the greatest cost to benefit ratio whilst reducing risks to an acceptable level. Select and implement risk mitigation measures Following selection of the risk mitigation measures, they are implemented, and the earthwork is monitored within the overall monitoring programme. Continued monitoring, and inspection at strategic level, is important as this will provide valuable data on the performance of particular mitigating measures and their future utilisation elsewhere on the network. PIARC
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III. METHODES D'ANALYSE DES RISQUES III.1.
Les approches qualitatives et quantitatives qui ont été (ou pourraient être) appliquées à l'instabilité d'une pente L'évaluation des risques peut être qualitative ou quantitative en fonction de l'envergure du projet, de la complexité technique, et des préférences des parties concernées. Une évaluation qualitative des risques convient généralement à la plupart des projets. Une évaluation quantitative complète peut être avantageuse dans le sens où elle peut être directement liée aux répercussions de coûts et du programme. Toutefois, à moins que des spécialistes des risques ne soient disponibles, des efforts excessifs consentis pour évaluer les conséquences et probabilités peuvent détourner du but principal de l'exercice qui est : •
d'identifier les risques les plus importants,
•
d'évaluer le moyen de gérer au mieux ces risques.
Pour les pentes, une approche quantitative complète n'est pas encore réalisable. Des approches semi-quantitatives et qualitatives sont décrites ci-dessous.
III.2.
Approche semi - quantitative Une fois les menaces et conséquences identifiées, et de préférence entrées dans un registre des risques, les risques associés sont alors évalués. Afin de déduire un risque, l'impact et la probabilité de chaque menace ou conséquence sont pris en compte. Voici quelques définitions utiles : •
Probabilité : possibilité de la survenance d'un évènement au cours d'une période définie. Ici l'évènement de risque est défini comme la survenance de la menace ou la perte de l'opportunité
•
Impact : l'effet de l'évènement de risque sur un ou plusieurs objectifs s'il survient. L'effet peut être mesuré en taux d'accidents, valeur financière, retard du projet en semaines, etc.
•
Risque : la survenance potentielle d'une menace ou opportunité, qui peut avoir un impact (positif ou négatif) sur l'atteinte des objectifs du projet RISQUE = IMPACT × PROBABILITE. Par conséquent, un impact important mais une probabilité très faible donneraient un faible risque.
La notation de l'impact est donnée au Tableau 3 et est basée sur cinq catégories : coût, temps, réputation et relations commerciales, santé et sécurité, et environnement. L'impact s'échelonne de 1 (à savoir impact négligeable) à 5 (à savoir impact catastrophique). Il est prévu que chaque menace et opportunité soit évaluée pour chaque catégorie. La notation de probabilité est donnée au Tableau 4. De l'association des notations d'impact et de probabilité donnant un niveau de risque de insignifiant à intolérable est déduite la notation du risque.
AIPCR
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III. RISK ANALYSIS METHODS III.1.
Qualitative and quantitative approaches that have been (or could be) applied to slope instability The risk assessment can be either qualitative or quantitative depending on the project size, technical complexity, and the preference of the parties involved. A qualitative risk assessment is likely to be appropriate for most, projects. A full quantitative assessment can be advantageous in that it can be directly linked to cost and programme implications. However, unless risk specialists are available, undue effort on consequence and likelihood assessments can detract from the main purpose of the exercise which is to: •
identify the most significant risks
•
assess how best to manage these risks.
For slopes a full quantitative approach is not yet achievable. Semi-quantitative and qualitative approaches are described below.
III.2.
Semi - quantitative approach Once the threats and consequences have been identified, and preferably entered on a risk register then the associated risks are assessed. In order to derive a risk, the impact and likelihood for each threat or consequence is considered. A few useful definitions are: •
Likelihood: the chance (or probability) of the event occurring within a defined time period. Here the risk event is defined as either the threat occurring or the opportunity being lost
•
Impact: the effect of the risk event on one or more objectives if it occurs. The effect could be measured in accident rates, financial value, project delay in weeks, etc.
•
Risk: the potential occurrence of a threat or opportunity, which could affect (positively or negatively) the achievement of the project objectives RISK = IMPACT × LIKELIHOOD. Therefore, a high impact but very low likelihood would result in a low risk.
The scoring for the impact is given based in Table 3 and is based on five categories: cost; time; reputation and business relations; health and safety and environment. Impact ranges from 1 (i.e. negligible impact) to 5 (i.e. catastrophic impact). It is intended that each threat and opportunity will be assessed for every category. The likelihood scoring is given in Table 4. Combining the impact and likelihood scores giving a risk level from trivial to intolerable derives the risk score.
PIARC
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III.3.
Approche qualitative Le processus d'enregistrement et d'évaluation des risques est similaire à l'approche semi-quantitative ci-dessus mais la probabilité, l'impact et par conséquent le risque sont notés très faible, faible, moyen, élevé ou très élevé.
III.4.
Exemples d'approches quantitatives et semi-quantitatives de l'analyse des risques Pour les Pentes Rocheuses : Japon : Tableaux 4-1-4 & 4-1-5 dans ‘Contributions to Risk Management of Existing Slopes’ (Contributions à la Gestion des Risques des Pentes Existantes) A.Shimazu, 2000. Hongkong : Examen provisoire des applications pilotes de l'évaluation quantitative des risques pour les problèmes de glissements de terrain à Hongkong. Kong W K (2002). Évaluation des risques des pentes. Journal trimestriel d'Engineering Geology, 35, 213222. Royaume-Uni : ‘A Two Stage System for Highway Rock Slope Risk Assessment’ (Un Système à Deux Phases d'Evaluation des Risques des Pentes Rocheuses des Routes) P.McMillan & G.D. Matheson, TRL Etats-Unis : ‘Rockfall Hazard Rating System’ (Système de Notation des Dangers de Chute de Pierres) FHWA 1993 Pour les Pentes en Sol Meuble : Etats-Unis : ‘Manual for Geotechnical Engineering Reliability Calculations’ (Manuel des Calculs de Fiabilité d'Ingénierie Géotechnique) J.M.Duncan, M.Navin & K.Patterson, 1999.
AIPCR
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III.3.
Qualitative approach The process for recording and assessing risks is similar to the semi-quantitative approach above however the likelihood, impact and hence risk are scored as very low, low, medium, high or very high.
III.4.
Examples of quantitative and Semi-quantitative approaches to risk analysis For Rock Slopes: Japan: Tables 4-1-4 & 4-1-5 in ‘Contributions to Risk Management of Existing Slopes’ A.Shimazu, 2000. Hong Kong: Interim review of pilot applications of quantitative risk assessment to landslide problems in Hong Kong. Kong W K (2002). Risk assessment of slopes. Quarterly Journal of Engineering Geology, 35, 213-222. UK: ‘A Two Stage System for Highway Rock Slope Risk Assessment’ P.McMillan & G.D. Matheson, TRL USA: ‘Rockfall Hazard Rating System’ FHWA 1993 For Soil Slopes: USA: Manual for Geotechnical Engineering Reliability Calculations’ J.M.Duncan, M.Navin & K.Patterson, 1999
PIARC
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TABLEAU 3 1
très faible
Négligeable
Négligeable
effet négligeable sur le programme
négligeable
négligeable
négligeable
2
faible
Considérable
> 1% du budget
effet sur le programme > 5%
effet minime sur l'image locale de la société/ relations commerciales légèrement affectées
blessure mineure
incident environnemental mineur
3
moyen
sérieux
>5% du budget
effet sur le programme > 10%
exposition médiatique locale/ relations commerciales affectées
blessure majeure
incident environnemental nécessitant une initiative de gestion
4
élevé
Menace pour travaux futurs et relations clients
> 10% du budget
effet sur le programme > 25%
exposition médiatique nationale / relations commerciales largement affectées
décès
incident environnemental entraînant des poursuites ou une plainte
très élevé Menace pour survie et crédibilité de l'entreprise
> 50% du budget
effet sur le programme > 50%
effet national permanent sur l'image de la société/ impact majeur sur les relations commerciales
décès multiples
incident environnemental majeur avec effets irréversibles et menace pour la santé publique ou les ressources naturelles protégées
5
Notation de l’impact TABLEAU 4 Notation de probabilité PROBABILITÉ POURCENTAGE 1 Très Faible Négligeable/improbable <1% 2 Faible peu probable/vague >1% 3 Moyenne assez probable/possible >10% 4 Forte Probable >50% 5 Très Forte très probable/quasi-certaine >90% Remarque : Probabilité qu'une menace survienne/une opportunité soit perdue
AIPCR
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TABLE 3 1
Very low Not significant
Not significant
Effect not significant on the process
Not significant
Not significant
Not significant
2
Low
important
> 1% of budget
effect on the process > 5%
Slight effect on the local vision of the firm/trading relations slightly affected
Minor injuries
Minor impact on environment
3
Medium
serious
> 5% of budget
effect on the process > 10%
Local exposition to the media / trading relations affected
Major injuries
Environmental impact necessiting a management action
4
High
Black spot for future works and client relations
> 10% of budget
effect on the process > 25%
National exposition to the media / trading relations largely affected
Fatalities
Environmental impact leading to complaint or legal proceedings
5
Very high
Problem for the survival and credibility of the firm
> 50% of budget
effect on the process > 50%
Permanent national effect on the image of the firm/ major impact on trading relations
Many fatalities
Major environmental impacts with irreversible effects and threatening public health and protected natural resources
TABLE 4 Likelihood scoring
1 2 3 4 5
Very Low Low Medium High Very High
Note: Likelihood that a threat occurs/opportunity is lost
LIKELIHOOD Negligible/improbable unlikely/remote likely/possible Probable very likely/almost certain
PROBABILITY <1% >1% >10% >50% >90%
IV. VULNERABILITE IV.1. Santé et Sécurité Les propriétaires et exploitants d'infrastructure routière ont l'obligation de préserver l'actif en bon état pour protéger les employés, le public, les tiers ou l'environnement contre des risques déraisonnables ou inacceptables. Cette obligation découle des conditions légales ou de licences, ainsi que des responsabilités morales, et a un impact considérable sur la politique de gestion de l'actif et les procédures opérationnelles. Les routes sont un environnement de travail dangereux, et des procédures, réglementations et mesures pratiques ont été développées pour fournir un niveau acceptable de sécurité pour tous les ouvriers et usagers de la route lorsque des travaux de construction et de maintenance sont entrepris. Des facteurs tels que l'âge, une charge de trafic accrue ou une maintenance inadéquate ou médiocre réduisent les performances d'un ouvrage géotechnique et peuvent compromettre la sécurité opérationnelle. Le degré auquel la sécurité opérationnelle est compromise peut varier selon que l'ouvrage a atteint son état de limite de viabilité ou de limite absolue. Lorsqu'un ouvrage atteint son état de limite de viabilité, il est souvent nécessaire d'imposer des limitations de vitesse temporaires ou de fermer des voies de circulation. Or, lorsque l'état de limite absolue est atteint, la sécurité opérationnelle ne peut pas être garantie, la sécurité du public est compromise et une fermeture complète du remblais ou de l'excavation peut être nécessaire. Dans de telles circonstances, le coût des retards et perturbations peut être élevé, et lorsque les réglementations de sécurité n'ont pas été respectées, les conséquences des poursuites judiciaires peuvent être sévères. Lorsqu'une détérioration de l'état entraîne une perturbation de la circulation, des limitations de vitesse, des retards, une fermeture ou une dégradation de la qualité de conduite, les usagers exprimeront inévitablement leur mécontentement. Ceci est tout particulièrement le cas lors des fermetures imprévues. Alors qu'il est impossible d'éliminer complètement les fermetures imprévues, des stratégies de maintenance et remplacement planifiées des terrassements contribuent considérablement à les réduire.
IV.2. États Limites Ultimes et de Service de la route et des structures associées Les défaillances d'État Limite Ultime des remblais, excavations et terrain naturel de l'infrastructure routière sont coûteuses et dangereuses. Elles peuvent : • • • • •
dégrader la route ou les propriétés et terrains adjacents, provoquer des accidents, entraver la circulation et avoir par conséquent un impact préjudiciable sur l'économie et causer une frustration chez les usagers, entraîner des coûts de stabilisation énormes, endommager d'autres infrastructures routières.
AIPCR
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IV. VULNERABILITY IV.1. Health and safety Owners and operators of highway infrastructure have obligations to maintain the asset in a safe condition to protect employees, the public, third parties or the environment from unreasonable or unacceptable risks. These obligations arise from statute or licence conditions, and also from moral responsibilities, and have a significant impact on asset management policy and operational procedures. Highways are a dangerous working environment and procedures, regulations and practical measures have been developed to provide an acceptable level of safety for all operatives and road users alike when construction and maintenance activities are undertaken. Factors such as age, increased traffic loading and inadequate or poor maintenance reduce the performance of an earthwork and may compromise operational safety. The degree to which operational safety is compromised can be related to whether the earthwork has reached its serviceability or ultimate limit state. When an earthwork reaches its serviceability limit state it is often necessary to impose temporary speed restrictions or close traffic lanes. However, when the ultimate limit state is reached the operational safety cannot be guaranteed, public safety is jeopardised and complete closure of the embankment or cutting may be necessary. In such circumstances the cost of delays and disruption can be high, and where safety regulations have been breached, the consequences of prosecution by the courts may be severe.
Where loss of condition leads to traffic disruption, speed restriction, delay, closure or deterioration of ride quality, customers will inevitably express dissatisfaction. This is particularly so with unplanned closures. While it is impossible to eliminate unplanned closures completely planned earthwork maintenance and renewal strategies significantly contribute to reducing them.
IV.2. Ultimate and Serviceability Limit States of the road and associated structures Ultimate Limit State failures of highway infrastructure embankments, cuttings and natural ground are costly and unsafe. They can: • • • • •
undermine the road or adjacent property and land lead to injury interfere with traffic flow and hence lead to a detrimental effect on the economy and frustration for users lead to enormous costs to stabilise damage other highway infrastructure.
PIARC
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Les défaillances d'État Limite de Service causent moins d'interruptions, elles sont révélatrices d'un problème sous-jacent qui devrait se transformer en défaillance d'État Limite Ultime. Les coûts de maintenance augmentent et, généralement, une approche proactive des défaillances de service a un rapport coût/bénéfice intéressant.
IV.3. Retards et perturbations pour l'usager de la route Les actifs géotechniques s'accompagnent d'exigences de performance spécifiques déterminées par leur usage final. Il s'agit de : • • • • • •
garantir la sécurité de ceux qui utilisent, entretiennent et mettent éventuellement l'actif hors service ; satisfaire les obligations statutaires et réglementaires du propriétaire et s'assurer de la satisfaction des exigences opérationnelles du propriétaire ; conserver les dimensions, la ligne et le niveau nominaux du terrassement dans la limite des tolérances spécifiées (et celles des actifs soutenus par ce terrassement) ; supporter leur propre poids ainsi que les charges, forces et pressions courantes et raisonnablement prévisibles associées au trafic, au mobilier routier et aux impacts des accidents ; atteindre les objectifs ci-dessus sur leurs durées de vie nominale si spécifiée, sous réserve d'une maintenance de routine spécifiée ; dans la mesure du possible, améliorer l'environnement local et éviter tout impact négatif sur ce dernier.
Les routes peuvent comporter des exigences de qualité de conduite (niveau d'uni).
IV.4. Répercussions socio-économiques des éboulements Des chiffres de coût annuel des réparations géotechniques sont indiqués au Tableau 5, principalement basés sur le traitement de l'instabilité des pentes. Les sources d'information sont le Rapport Spécial 247 du TRB pour tous les pays sauf le chiffre du Royaume-Uni, et les chiffres ont été révisés en 1990 ; le chiffre du Royaume-Uni provient du Ministère britannique des Transports et date de 1993. Les coûts directs portent communément sur les préjudices, dommages et réparations ; les coûts indirects peuvent comprendre dommages corporels ou décès, gestion du trafic, et impact des perturbations de la circulation (ou de la fermeture de routes) sur le commerce local ou régional, le tourisme, etc. TABLEAU 5 Coûts des réparations géotechniques dans différents pays Pays Japon Italie Etats-Unis (toutes administrations confondues) Inde Chine Espagne Canada Highways Agency Hongkong Nouvelle-Zélande Suède Norvège
AIPCR
Coût estimé des travaux de réparations géotechniques, en millions $/an 4.400 (directs plus indirects) 2.600 (directs plus indirects) 2.000 (directs plus indirects) 1.350 (directs plus indirects) 500 (probablement directs uniquement) 220 (probablement directs uniquement) 50 (probablement directs uniquement) 28 (directs uniquement) 25 (probablement directs uniquement) 15 (probablement directs uniquement) 13 (probablement directs uniquement) 6 (probablement directs uniquement)
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Serviceability Limit State failures are less disruptive but are indicative of an underlying problem which should develop into an Ultimate limit state failure. Costs increase for maintenance and generally a proactive approach to serviceability failures has a proportionally high financial benefit.
IV.3. Delays and disruption to the road user Geotechnical assets have specific performance requirements determined by their end use. These are to: • • • • • •
ensure the safety of those using, maintaining and eventually decommissioning the asset satisfy the statutory and regulatory obligations of the owner and to ensure the owner’s operational requirements are met maintain the design dimensions, line and level of the earthwork within specified tolerances (and those of the assets supported by them) support their own weight and current and reasonably foreseeable loads, forces and pressures associated with traffic, highway furniture and accident impact achieve the above for their design lives if specified, subject to routine specified maintenance whenever possible enhance the local environment and avoid negative impact on it.
Roads may have ride quality requirements (evenness).
IV.4. Socio-economic implications of failures Figures on the annual cost of geotechnical repairs are given in Table 5 mainly based on slope instability treatment. The sources of information are TRB Special Report 247 for all countries except the UK figure and are 1990 adjusted; the UK figure is from the UK Department of Transport and is for 1993. Direct costs are commonly those for loss, damage and repair; indirect costs can include injury or loss of life, traffic management, and the impact of traffic disruption (or road closure) on local or regional commerce, tourism, etc.
TABLE 5 Costs of geotechnical repairs in different countries Country
Estimated cost of geotechnical remedial works $, million/year 4,400 (direct plus indirect) 2,600 (direct plus indirect) 2,000 (direct plus indirect) 1,350 (direct plus indirect) 500 (probably direct only) 220 (probably direct only) 50 (probably direct only) 28 (direct only) 25 (probably direct only) 15 (probably direct only) 13 (probably direct only) 6 (probably direct only)
Japan Italy USA (all agencies) India China Spain Canada Highways Agency Hong Kong New Zealand Sweden Norway
PIARC
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Ces chiffres sont limités par l'étendue des informations disponibles au niveau national et le manque d'inventaires dans de nombreux pays. Ces coûts de glissements de terrain peuvent avoir un coût indirect énorme qui peut être difficile à quantifier. L'envergure de ces coûts indirects par rapport aux coûts de réparation effectifs directs est illustrée par la fermeture de l'US-50 pour glissement de terrain en 1983 (TRB, Schuster). Le coût total des réparations de cette route à fort trafic s'est élevé à 4,7 millions $ mais le préjudice économique estimé pour la région suite à une perturbation de l'accès de 2,5 mois et aux pertes résultantes de revenus touristiques a atteint 92 millions $, soit près de 20 fois les coûts directs de réparation. L'impact économique et social est toutefois beaucoup plus vaste. La fermeture de routes, quelle que soit leur taille, peut avoir des effets dramatiques sur l'infrastructure de transports d'un pays et par conséquent sur sa santé économique et sociale : fermeture d'entreprises incapables de vendre leurs produits, détérioration des produits frais et perturbation des processus de fabrication. Sur le plan social, les transports permettent à une plus vaste population d'accéder à l'éducation ainsi qu'un accès de qualité et rapide aux prestations de santé, comme les hôpitaux. Il arrive souvent que dans des régions en développement une route soit le seul moyen d'accès et de liaison à ces types d'installations sociales et commerciales.
IV.4.1. Fréquence des éboulements Certaines informations sont disponibles sur la fréquence des éboulements de pentes superficiels sur les terrassements routiers pour les 50 dernières années bien que le taux de détérioration des terrassements soit mal connu. Au Royaume-Uni, une étude routière systématique, conduite entre 1980 et 1988, a révélé que sur 570 km d'autoroute, 23 km de pentes artificielles s'étaient éboulés et que pas moins de trois fois cette distance pourrait connaître un éboulement à l'avenir. La fréquence des éboulements tend à être épisodique, et varie selon le type de sol, la hauteur et l'angle de la pente. La fréquence d'éboulement s'échelonne de 0,1 pour-cent par an à 8,3 pour-cent par an. L'étude routière a été étendue pour montrer qu'une courbe de distribution log-normale pouvait être utilisée pour décrire la fréquence des éboulements, avec différentes constantes pour différents types de sols. La plupart des pentes tendent à afficher un pic d'éboulements entre 5 et 15 ans après leur construction. L'état des terrassements s'est détérioré au fur et à mesure du vieillissement du réseau britannique et l'expérience et la théorie montrent qu'avec le temps les argile sur-consolidées présentes dans plusieurs régions de Grande-Bretagne conduiront à des glissements plus profonds. Le réseau est encore relativement jeune, à savoir les terrassements routiers majeurs les plus âgés ont à peine plus de 40 ans. Ils devraient par conséquent connaître des problèmes plus importants à l'avenir avec l'équilibrage des pressions interstitielles. A Hongkong, la fréquence moyenne des glissements de terrain est très élevée, bien qu'assez régulière. Le Tableau 6 est extrait de l'évaluation des risques associés aux pentes (Kong, 2002). Tableau 6 Fréquences des éboulements de pentes à Hongkong Période Avant 1943 1943-1972 1973-1994
Nombre total d'années 50 30 21
Nombre total de glissements de terrain 16871 9266 7334 AIPCR
Fréquence moyenne (glissements de terrain par an) 325 309 349
. 30 . 12.13.B - 2004
These figures are hindered by the extent of available information on a national basis and the lack of inventories in many countries. Such landslide costs can have an enormous indirect cost which can be difficult to quantify. An example of the magnitude of such indirect costs in relation to direct actual repair costs was provided by the 1983 landslide closure of US-50 (TRB, Schuster). The total cost of repairs to the heavily trafficked road was $4.7 million but the estimated economic loss to the area from 2.5 months of access disruption and the resulting loss of tourist revenues was $92 million, nearly 20 times as much as the direct expenditure to repair. The economic and social effect is however much wider. Closure of roads, of whatever size, can have dramatic effects on the transportation infrastructure of a country and hence its economic and social health: closure of businesses unable to sell their goods, deterioration in fresh goods and disruption to manufacturing processes. Socially transportation allows education to be gained by a wider population and allows good and timely access to health care such as hospitals. It is often the case that in developing regions a road may be the sole means of access and linkage to these types of social and commercial facilities.
IV.4.1. Frequency of failure Some information is available on the frequency of shallow slope failures on highway earth structures over the last 50 years although the rate of deterioration of earthworks is poorly understood. In the UK, a systematic highway survey, undertaken between 1980 and 1988, has shown that out of 570 route km of motorway, 23 km of manmade slope had failed and that up to three times that amount could fail in the future. The frequency of failure tended to be episodic, and varied with the soil type, height and angle of the slope. The frequency of failure varied from 0.1 per cent per year to 8.3 per cent per year. The work on highways was extended to show that a log-normal distribution curve could be used to describe the frequency of failure, with different constants for different soil types. Most slopes tend to show a peak of failures between 5 and 15 years after construction. The condition of earthworks has deteriorated as the UK network has aged and there is both experience and theoretical evidence that with time the over-consolidated clays, which predominate in many parts of the UK, will develop deeper failures. The network is still relatively young, i.e. the oldest major highway earthworks are just over 40 years old, and so greater problems are expected in the future as pore water pressures equilibrate.
In Hong Kong, the average frequency of landslides is very high although fairly consistent. Table 6 is taken from (Kong, 2002). Table 6 Hong Kong slope failure frequencies Period Before 1943 1943-1972 1973-1994
Total of years
Total number of landslides
50 30 21
16871 9266 7334
PIARC
. 31 . 12.13.B - 2004
Average frequency (landslides per annum) 325 309 349
Aux Etats-Unis, des glissements de terrain se produisent avec une fréquence similaire depuis les années 70 (Rapport Spécial 247 du TRB) même si aucune information détaillée n'est disponible.
IV.4.2. Performances futures Pour les terrassements routiers, le nombre d'éboulements augmente chaque année et devrait poursuivre sa progression avec le vieillissement des pentes artificielles. Les pentes naturelles aux Etats-Unis et à Hongkong ont par le passé connu une fréquence régulière d'éboulements sur les 50 dernières années. Les changements climatiques futurs pourraient toutefois modifier cette tendance.
IV.5. Répercussions sur l'environnement et la durabilité Les terrassements sont un élément important de l'environnement. La législation environnementale se développe rapidement, et peut affecter les procédures de maintenance ainsi que les travaux correctifs à l'avenir. Les responsables de l'entretien et les ingénieurs géotechniques chargés des terrassements doivent non seulement connaître les pressions et contraintes environnementales imposées sur leurs travaux, mais également apprendre à penser du point de vue environnemental, afin d'adopter une approche proactive dans la promotion de mesures bénéfiques pour l'environnement et de ne pas répondre continuellement aux pressions externes. Il est de plus en plus fait appel aux services d'ingénieurs environnementalistes dans le cadre de l'inspection détaillée d'un site lors de la phase d'évaluation dans l'optique suivante : • • •
fournir une identification par un expert de la flore et la faune protégées, donner des conseils sur les moyens de protéger ou déplacer la flore et la faune, constituer des bases de données environnementales de l'écologie des terrassements.
Une évaluation environnementale doit être effectuée à un stade précoce du processus d'évaluation car la découverte tardive d'espèces protégées peut avoir un impact sur l'ensemble des travaux ultérieurs, y compris les mesures d'investigation du terrain et de réparation. Les principales questions environnementales concernant la maintenance et la remise en état des terrassements d'infrastructure sont : • • • • • •
développement durable, protection des eaux contrôlées, maximisation de la réutilisation des matériaux, végétation, sites faisant partie du patrimoine et protégés sur le plan environnemental, préservation de la valeur environnementale.
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In the USA, landslides have occurred at a similar frequency since the 1970s (TRB Special Report 247) although no detailed information is available.
IV.4.2. Future performance For highway earthworks, the number of failures has increased each year and this can be expected to continue as the manmade slopes age. Natural slopes in the USA and Hong Kong in the past have had a steady frequency of failure over the last 50 years. However future changes in climate may alter this picture.
IV.5. Environmental and sustainability implications Earthworks are an importance part of the environment. Environmental legislation is developing rapidly, and may affect maintenance procedures as well as remedial works in the future. Maintenance managers and geotechnical engineers dealing with earthworks not only need to be aware of environmental pressures and constraints on their work; they also need to learn to think environmentally, so that they are proactive in promoting environmentally beneficial measures and not continually reacting to external pressures. Environmental engineers are increasingly employed as part of the detailed site inspection team at the assessment stage to: • • •
provide expert identification of protected flora and fauna give advice on how to protect or move flora and fauna establish environmental databases of earthwork ecology.
Environmental assessment should be carried out at an early stage of the assessment process as the late discovery of protected species can have an impact on all subsequent work, including the ground investigation and remedial measures. The main environmental issues affecting the maintenance and renewal of infrastructure earthworks are: • • • • • •
sustainable development protection of controlled waters maximising the reuse of materials vegetation heritage and environmentally protected sites maintaining environmental value.
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IV.5.1. Développement durable Des terrassements efficacement entretenus permettront aux transports d'utiliser l'infrastructure sans interruption et avec une qualité de conduite souhaitable minimisant l'usure normale des véhicules. Les coûts de transport sont un facteur majeur de compétitivité économique et des terrassements efficacement entretenus minimiseront ces coûts et favoriseront la croissance économique et l'emploi; une politique de maintenance proactive maximisera les avantages économiques pour le propriétaire de l'infrastructure et le pays dans son ensemble. Les terrassements bien entretenus offrent des habitats variés pour la faune et la flore, et des passages pour la migration de la faune. Les travaux de remise en état conçus et exécutés en respectant l'environnement peuvent améliorer la valeur environnementale des terrassements. La réutilisation des matériaux existants, dans la mesure du possible, dans le cadre des travaux de remise en état minimise l'utilisation des ressources naturelles. La maximisation de l'utilisation des terrassements existants évite également les nouvelles constructions, préservant ainsi davantage les ressources naturelles. Avec la sensibilisation accrue du grand public aux questions environnementales et l'intensification des pressions sur les propriétaires d'infrastructure pour minimiser l'impact sur l'environnement, les considérations environnementales seront de plus en plus importantes à l'avenir. Une grande partie de ces pressions se reflètent dans la législation.
IV.5.2. Protection des eaux contrôlées L'une des situations où un terrassement peut affecter l'environnement est lorsque des eaux de drainage se déversent, ou s'écoulent, du terrassement dans les cours d'eau ou les eaux souterraines. Ces eaux peuvent être de mauvaise qualité suite à l'absorption de polluants provenant de la surface du terrassement, suite à des déversements et accidents, ou suite à des réactions chimiques de matériaux dans le terrassement. La qualité des eaux de drainage des terrassements routiers peut être extrêmement variable et peut contenir une partie ou la totalité des catégories suivantes de polluants : • • • • • •
essence et autres hydrocarbures, solides en suspension, métaux, matières organiques toxiques, herbicides et pesticides, produits de dégivrage, chlorure de sodium compris, nutriments (ammoniac, nitrate et phosphates).
Les dispositions statutaires concernant le déversement des eaux dans les cours d'eau et les eaux souterraines peuvent être complexes.
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IV.5.1. Sustainable development Efficiently maintained earthworks will enable transport to use the infrastructure without interruption and with a desired ride quality which minimises wear and tear on the vehicles. Transport costs are a major factor in economic competitiveness and efficiently maintained earthworks will minimise these costs and encourage economic growth and employment; a proactive maintenance policy will maximise economic benefits for the infrastructure owner and the country as a whole. Well-maintained earthworks provide varied habitats for vegetation and wildlife, and corridors for their migration. Renewal works designed and carried out in sympathy with the environment can enhance the environmental value of earthworks. Reuse of existing materials wherever possible in renewal works minimises the use of natural resources. Maximising the use of existing earthworks also avoids the need for new construction, thus further conserving natural resources. With increasing environmental awareness in the general public and greater pressure on infrastructure owners to minimise the impact on the environment, environmental considerations will become even more important in the future. Much of this pressure is reflected in legislation.
IV.5.2. Protection of controlled waters One way in which an earthwork can affect the environment is through drainage water that is shed, or seeps, from it into watercourses or groundwater. This water may be of poor quality as a result of absorption of contaminants from the surface of the earthwork, spillages and acidents, or as a result of chemical reactions of materials within the earthwork. The quality of drainage water from road earthworks can be highly variable and is liable to contain some or all of the following classes of contaminants: • • • • • •
oil and other hydrocarbons, suspended solids, metals, organic toxic matter, herbicides and pesticides, de-icing agents, including rock salt, nutrients (ammonia, nitrate and phosphates).
The statutory arrangements for the discharge of water to watercourses and to groundwater may be complex.
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IV.5.3. Maximisation de la réutilisation des matériaux L'impact environnemental des travaux de réparation peut être réduit si les matériaux d'origine sont conservés sur le site et réutilisés dans les réparations. Il convient toutefois de s'assurer de ne pas remblayer à l'aide de matériaux pollués provenant du site, notamment si les travaux peuvent donner lieu à des déversements des eaux dans des cours d'eau ou eaux souterraines protégés. Une réutilisation des matériaux évite d'évacuer les matériaux existants dans des centres d'enfouissement des déchets et de faire venir de nouveaux matériaux pour les remplacer, contribuant ainsi à une construction durable et minimisant le transport. Les matériaux existants sont souvent trop malléables ou trop humides pour être réutilisés directement. Il est souvent nécessaire d'améliorer les matériaux soit en les séchant dans des réserves en pile, soit en ajoutant de la chaux ou du ciment. Il convient de peser le pour et le contre de la réutilisation des matériaux en fonction d'autres facteurs tels que les exigences géotechniques des travaux de réparation, la facilité d'accès au site, et les contraintes de perturbation de l'infrastructure. La minimisation de l'usage de matériaux vierges et la réutilisation accrue des matériaux existants sont un aspect majeur du développement durable. La viabilité affectera la manière dont les ingénieurs géotechniques et les responsables des actifs perçoivent l'ensemble du processus de maintenance et mise en état de l'infrastructure. Il s'agit d'un domaine dans lequel une étude approfondie est nécessaire.
IV.5.4. Végétation Le rôle de la végétation comme élément de l'environnement prend de plus en plus d'importance pour tous les types d'infrastructure. Par conséquent, l'utilisation de la végétation pour le bien de l'environnement exige que l'ingénieur environnementaliste connaisse les conséquences géotechniques. Le désir de conserver la végétation à des fins environnementales peut être en conflit avec la nécessité de réparer une pente pour garder l'infrastructure opérationnelle. En cas d'éboulement de pente, il sera nécessaire de supprimer la végétation de la zone d'éboulement, et éventuellement des zones adjacentes, pour permettre l'accès au site. Si le remblai du terrassement est composé d'argile, ceci peut provoquer un gonflement important en raison de l'infiltration accrue des eaux de pluie, qui à son tour peut déclencher une nouvelle instabilité. Dans ces conditions, les voies d'accès doivent être conçues pour éviter toute perturbation de la végétation. Ceci peut poser des difficultés pratiques, nécessitant un accès au moyen du seul couloir de transport, ou par des terrains appartenant à des tiers. L'utilisation d'espèces végétales allogènes est un problème grandissant. Un écosystème à maturité a une stabilité locale et l'introduction d'espèces allogènes déséquilibre l'état naturel et peut nuire aux espèces existantes. Il n'est généralement pas difficile d'utiliser des espèces locales, mais cela exige une évaluation de l'habitat environnant. Compte tenu de la sensibilisation environnementale croissante, il y aura certainement de plus en plus de pressions pour préserver et améliorer à l'avenir la végétation sur les terrassements d'infrastructure et employer dans la mesure du possible des méthodes de réparation écologiques. AIPCR
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IV.5.3. Maximising the reuse of materials The environmental impact of remedial works can be reduced if the original materials are retained on site and re-used in the repairs. However, careful consideration should be given to backfilling with any material from the site which is contaminated, especially if the works may give rise to water discharges to protected streams or groundwater. Reuse of materials avoids the export of the existing materials to landfill and the import of new materials to replace them, and hence contributes to sustainable construction and minimises transportation. Existing materials are often too soft or too wet to be reused directly. It is often necessary to improve the materials either by drying them in stockpiles or by the addition of lime or cement.
The desire to reuse materials has to be balanced against other factors such as the geotechnical requirements of the remedial works, ease of access to the site, and constraints on disruption of the infrastructure. Minimising the use of raw materials and increasing the reuse of existing materials is a major aspect of sustainability.
IV.5.4. Vegetation The role of vegetation as a part of the environment is becoming increasingly important for all types of infrastructure. Therefore, the use of vegetation for environmental benefit requires the environmental engineer to be aware of the geotechnical consequences. The desire to retain vegetation for environmental reasons may conflict with the need to carry out repairs to a slope to keep the infrastructure operating. In the event of a slope failure, it will be necessary to remove the vegetation from the failed area, and possibly from adjacent areas to enable access to the site. If the earthwork fill consists of clay, this may lead to significant swell due to the increased infiltration of rainwater, which in turn could trigger further instability. In these conditions, access routes should be designed to avoid disturbance of the vegetation. This may cause practical difficulties, requiring access by means of the transport corridor only, or across land belonging to third parties. The use of non-indigenous species of vegetation is becoming an important issue. A mature ecology has a local stability and to introduce non-indigenous species unbalances the natural state and can harm existing species. It is usually not difficult to use local species, but this does require an appreciation of the surrounding habitat. With increasing environmental awareness, it is likely that there will be greater pressure to preserve and enhance vegetation on infrastructure earthworks in the future and to use green methods of remediation wherever possible.
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IV.5.5. Sites faisant partie du patrimoine et protégés sur le plan environnemental Il est essentiel pour les propriétaires de terrassements d'infrastructure de transport de tenir des registres des monuments historiques et des sites protégés se trouvant sur leurs actifs. Les propriétaires ont une responsabilité en qualité de conservateurs du patrimoine et de l'environnement national (ou mondial).
IV.5.6. Préservation de la valeur environnementale Le message environnemental clé des paragraphes précédents peut être résumé comme suit : préservation et si possible amélioration de la valeur environnementale. Toutes les parties doivent intégrer une sensibilisation et un engagement environnementaux aux projets, mais le rôle du client est primordial dans la reconnaissance et la promotion des exigences environnementales. Les ingénieurs géotechniques et les responsables de l'entretien ne doivent pas simplement prendre en compte les aspects techniques des travaux, mais également la manière dont ils peuvent être exécutés pour améliorer l'environnement et maximiser la durabilité. Le fait que bon nombre d'administrations internationales responsables de terrassements d'infrastructure ont des politiques environnementales et défini des objectifs spécifiques pour les questions environnementales témoigne de leur importance. Toutes les parties concernées par la gestion de l'infrastructure de transport devront être bien informées et attentives pour comprendre les conséquences de la législation sur leurs activités. Un ingénieur environnementaliste doit intervenir à un stade précoce de l'évaluation d'un terrassement pour déterminer les contraintes sur les travaux dans le but de préserver la valeur environnementale.
IV.6. Facteurs logistiques et de comptabilité dans la gestion des actifs IV.6.1. Logistique Le terrain est probablement la première préoccupation en matière d'accès aux sites et de complexité de transport du matériel jusqu'à un chantier de terrassement ou une pente naturelle. Les terrains montagneux et les sols meubles doivent être pris en compte dans la planification des meilleurs moyens d'accès. De plus, il est généralement préférable d'aménager l'accès le long de la route même avant de bifurquer sur un terrain adjacent. Les dépôts de maintenance doivent être positionnés stratégiquement pour permettre un usage efficace des matériaux et des ressources.
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IV.5.5. Heritage and environmentally protected sites It is essential for owners of transport infrastructure earthworks to maintain registers of ancient monuments and environmentally protected sites on their assets. Owners are responsible as custodians of the country (or world) heritage and environment.
IV.5.6. Maintaining environmental value The key environmental message of previous sections may be summed up as maintaining and where possible enhancing environmental value. All parties should bring environmental awareness and commitment to projects, but the client’s role is paramount in recognising and encouraging environmental requirements. Geotechnical engineers and maintenance managers need to consider not just the technical aspects of the work, but how it can be carried out in a way that will enhance the environment and maximise sustainability. The fact that many of the international Agencies responsible for infrastructure earthworks have environmental policies and have set specific targets relating to environmental issues is testimony to their importance. All those involved in transport infrastructure management will need to be well informed and vigilant in understanding the consequences of legislation on their business. An environmental engineer should be involved at an early stage of earthwork assessment to establish any environmental restraints on the work in order to maintain environmental value.
IV.6. Logistical and accounting factors in asset management IV.6.1. Logistics Terrain is probably the first order concern for access to sites and the difficulties of getting equipment onto an earthwork or natural slope. Mountainous and soft ground terrain needs to be considered in planning the best means of access. Also access is usually best along the highway itself before branching off onto adjacent ground. Maintenance depots need to be strategically positioned to allow efficient use of materials and resources.
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IV.6.2. Coût total sur le cycle de vie Des terrassements efficacement entretenus minimiseront le coût total sur le cycle de vie de l'infrastructure et permettront par conséquent de maintenir au plus bas les coûts pour les usagers. Le coût total sur le cycle de vie d'un actif est une mesure du coût total de conception, construction, exploitation, entretien et réparation de cet actif sur un certain nombre d'années. Il fournit une base rationnelle pour le processus de prise de décisions et est par conséquent recommandé en tant qu'outil. Le coût de construction est généralement une combinaison du coût de financement, d'acquisition du terrain et du coût effectif de construction. Les coûts d'exploitation, d'entretien et de réparation dépendront des spécifications d'origine, de la fréquence et l'envergure d'entretien, ainsi que des travaux de remise en état et de réparation résultant de dégâts accidentels. Les coûts survenant à différentes phases du cycle de vie de l'actif, il est courant de les rattacher à un point fixe dans le temps en les actualisant pour déterminer un coût total du cycle de vie. Le principal avantage de l'utilisation d'un modèle de coût total sur le cycle de vie est qu'il permet au propriétaire de l'actif de comparer différents programmes et de choisir celui qui convient le mieux à la situation financière courante ou prévue. Les taux d'actualisation fixés par les propriétaires d'infrastructure peuvent être utilisés dans les calculs du bénéfice actualisé fournissant une base financière visant à faciliter ce type de décision. Les calculs du bénéfice actualisé utilisant le taux d'actualisation donnent une valeur totale au prix du jour, offrant ainsi un moyen équitable de comparer les dépenses futures. Alors que l'utilisation du coût total du cycle de vie comporte des avantages, il est difficile d'établir un modèle parce que les exigences d'entretien à long terme, la fréquence probable des dépenses et un taux d'actualisation approprié sont difficiles à estimer. Des facteurs tels que le coût des retards ou perturbations peuvent également être intégrés à un modèle du coût total sur le cycle de vie, mais le modèle risque de devenir trop complexe.
IV.6.3. Comptabilité des ressources Le développement de la comptabilité des ressources permet aux autorités routières d'évaluer leur réseau et de le placer dans un contexte d'exploitation commerciale. Ceci est basé sur une approche ‘du vieux au neuf’ et sur une vue d'ensemble des principaux actifs. La valeur des éléments géotechniques de l'actif constitue 30-50% de la valeur (tout en comportant les risques les plus élevés). Le Tableau 7 illustre les chiffres de certaines administrations routières. TABLEAU 7 Valeur de l'actif géotechnique dans différents pays Administration Routière Etats-Unis (toutes Administrations confondues) Japan Highway Public Corporation Highways Agency, R.U. Ministère des Routes, Afrique du Sud Transit New Zealand
Valeur Totale de l'Actif / Revenus en milliards de $ 1.000,0
Source d'information Kane, 1999
Valeur Estimée de l'Actif Géotechnique / Revenus en milliards $ 400,0
216,0 80,0 7,3 5,0
Banque Mondiale Banque Mondiale Banque Mondiale Banque Mondiale
86,4 32,0 2,9 2,0
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IV.6.2. Whole life costing Efficiently maintained earthworks will minimise whole life costs for the infrastructure and hence enable user costs to be kept as low as possible. The whole life cost of an asset is a measure of the total cost of designing, constructing, operating, maintaining and repairing it over a number of years. It provides a rational basis for the decision making process and is therefore recommended as a tool. The cost of construction is usually a combination of the financing, land acquisition and the actual cost of construction. The operation, maintenance and repair costs will be a function of the original design specification, the frequency and scope of maintenance, and renewal and repair resulting from accidental damage. Because the costs occur at different times throughout the whole life of the asset it is usual to relate them to a fixed point in time by discounting them to determine a whole life cost. The main benefit of using a whole life cost model is that it allows the owner of the asset to compare a variety of schemes and to choose the one that is most appropriate to the current or expected financial position. Discount rates set by infrastructure owners can be used in net present value calculations that provide a financial basis for assisting in this type of decision. Net present value calculations using the discount rate, give a total value at today’s price and hence provide an equitable means of comparing future expenditure. While the use of whole life costing has benefits it is difficult to set up a model because the long term maintenance requirements, the likely frequency of expenditure and an appropriate discount rate are difficult to estimate. Factors such as the cost of delays or disruption could also be included in a whole life cost model, but there is a risk that the model will become overcomplicated.
IV.6.3. Resource accounting The development of resource accounting allows highway authorities to value its network and to put it on a business footing. This is based on a ‘new for old’ approach and on a wide picture of the main assets. The asset value of the geotechnical elements constitute 30-50% of the value (as well as carrying the highest risks). Table 7 provides figures for some road agencies. TABLE 7 Geotechnical asset value in different countries Road Agency USA (all Agencies) Japan Highway Public Corporation Highways Agency, UK Roads Department, South Africa Transit New Zealand
Total Asset Value/Revenue $, billion 1,000.0
Source of information Kane, 1999
Estimated Geotechnical Asset Value/Revenue $, billion 400.0
216.0 80.0 7.3 5.0
World Bank World Bank World Bank World Bank
86.4 32.0 2.9 2.0
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A des fins de comptabilité des ressources, il est important de déterminer la valeur de remplacement de cet actif mais également, et peut-être surtout, d'évaluer son ‘Etat de Service’ à partir duquel des estimations de dépréciation peuvent être dérivées à tout moment (Figure 2). Il est important de reconnaître que l'état de l'Actif Géotechnique n'est pas statique, il se détériore comme tout autre actif. Toutefois, la vulnérabilité et le taux de détérioration sont plus variés et l'influence sur d'autres actifs est plus complexe. A l'issue de la construction, l'actif doit être à son État de Service Maximum. Une détérioration se produira à partir de ce stade, le taux et la variabilité de cette détérioration relevant de nombreux facteurs. Il est manifestement important qu'un État de Service Minimum soit toujours maintenu tout au long du cycle de vie de la route dans le but d'offrir un temps de trajet, une fiabilité, une sécurité et une qualité de conduite garantis. Pour optimiser l'entretien, les mesures de préservation de l'état de service à un niveau acceptable (et en évitant tout risque inacceptable d'éboulement catastrophique) exigent : • • • •
des informations sur l'état, une connaissance du comportement technique à long terme des matériaux et des eaux, une approche proactive de ces activités d'entretien, une approche holistique de toute défectuosité susceptible d'être identifiée.
Au cœur de l'approche gérée décrite ci-dessus réside un système de gestion des données opérationnelles efficace à partir duquel l'état peut être évalué, les performances surveillées et les analyses effectuées. Développement du réseau Détérioration initiale
Cycles de détérioration / Entretien
Etat de service maximum
ur
Etat de service minimum
f
En cas d'éboulement
Période égende:
Remarque: Gradient, une fonction des éléments suivants: - type de matériau (sol de fondation et corps de la chaussée) - compactage - drainage - état des eaux souterraines - géométrie de la pente
L'état de l'actif peut se détériorer sur la durée mais sa valeur peut augmenter avec l'intensification de l'usage
Période optimale d'intervention en entretien (ex. pendant d'autres travaux de maintenance)
Figure 2 - Modèle de valeur d'actif fixe en géotechnique
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For Resource Accounting purposes, it is important to appreciate the replacement value of this asset but also, and perhaps more importantly, to assess its ‘Serviceability State’, from which estimates may be derived for depreciation at any given moment (Figure 2). It is important to appreciate that the condition of the Geotechnical Asset is not static, it deteriorates like any other asset. However, the vulnerability and rate of deterioration is more varied and the influence on other assets more complex. On completion of construction, the asset should be at its Maximum Serviceability State. Deterioration will occur from this point, the rate and variability of this deterioration being subject to many factors. What is clearly important is that a Minimum Serviceability State is always maintained through the life of the highway in order to provide assured journey time, reliability, safety and ride quality. To optimise maintenance, actions to preserve the serviceability state to an acceptable level (and avoiding any unacceptable risk of catastrophic failure) requires: • •
condition information, an understanding of long term engineering behaviour of the materials and water,
• •
a proactive approach to these maintenance activities, a holistic approach to any defects that might be identified.
At the core of the managed approach described above is effective Operational Data Management from which the condition can be assessed, performance monitored and analyses undertaken.
Network Development
Initial Deterioration
Deterioration / Maintenance Cycles
Maximum Servicability State
Fixed Asset Value
Minimum Servicability State If failure
Time Key:
Note: Gradient a function of: - material type (subgrade and foundation) - compaction - drainage - groundwater condition - slope geometry
Figure 2 - Model of fixed asset value in geotechnics Time of optimal maintenance action (eg. during other maintenance works)
Figure 2 - Fixed Asset Value Model for Geotechnics
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Asset may depreciate in condition with time but its value may increase with increased utilisation
BONNES PRATIQUES L'Annexe A contient des tableaux récapitulatifs des types de mesures d'atténuation généralement prises pour les pentes. Ces tableaux donnent un aperçu des nombreux types de mesures disponibles ainsi que de leurs avantages et applications. L'Annexe B présente des études de cas produites par des membres du Comité C12. Le cadre fournit pour la collation/présentation des informations clés différencie les trois phases clés du cycle de vie d'une route : conception, construction et exploitation.
DEVELOPPEMENTS FUTURS Ci-dessous figurent les conclusions et décisions clés qui ont été examinées à l'occasion du Séminaire sur ‘La Gestion Durable des Risques Associés aux Pentes en Construction Routière’ tenu au Népal au printemps 2003 : • •
• •
L'échelle des problèmes va de l'un des géo-dangers les plus dévastateurs menaçant vie et économies, à un problème de nuisance nécessitant uniquement une augmentation des coûts de maintenance ; Les termes et la méthodologie employés pour déterminer les risques (le produit de l'impact et la probabilité) sont aujourd'hui bien développés. La connaissance des risques doit englober la durée de vie d'une pente, de la conception à l'exploitation, en passant par la construction ; Le développement des connaissances du comportement des pentes tend à se concentrer sur les aspects mécaniques actuels ou passés et non sur la prévision de l'instabilité future ; La gestion des pentes sur la totalité d'un itinéraire de transport est relativement nouvelle, non pas du point de vue technique, mais du point de vue de l'exploitation, de la planification et économique. La valeur de l'actif géotechnique dans son ensemble est aujourd'hui quantifiée et sa contribution en tant que structure reconnue.
Thèmes à aborder et développement possible : • • • •
une étude plus approfondie est nécessaire sur l'effet des changements climatiques de la planète, ainsi que la fréquence et la superficie des zones d'instabilité des pentes ; les techniques analytiques de prévision de l'instabilité doivent être évaluées et développées ; pour gérer un réseau routier comme une entreprise et pour fournir des données de prévision des performances, les ‘meilleures pratiques’ doivent être identifiées ; des méthodes sont nécessaires pour promouvoir l'importance de l'actif géotechnique sur le comportement des autres actifs routiers.
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GOOD PRACTICE Appendix A provides summary tables of the types of mitigation measures commonly undertaken for slopes. These give an insight as to the many types of measures available and their advantages and their application Appendix B gives case histories supplied by members of Committee C12. The framework for the collation/presentation of the key information differentiates between the three key stages in the whole life cycle of a highway: Conception, Construction and Operation.
FUTURE DEVELOPMENTS Below are given the key conclusions and decisions that need to be considered at the Nepal Seminar ‘Sustainable Slope Risk Management for Roads’ to be held in Spring 2003 in preparation for the next work session: • •
• •
The scale of the problem ranges from one of the most devastating geo-hazards with threats to life and economies, to one of nuisance requiring increased maintenance costs only; The terms and methodology for determining risk (the product of impact and likelihood) are now well developed. The understanding of risk must cover the life of a slope from conception, through construction to operation; The development of the understanding of slope behaviour has tended to concentrate on the current or past mechanical aspects and not on the prediction of future instability; The management of slopes on a whole transport route is relatively new, not from a technical aspect, but from an operations, planning and business perspective. The value of the geotechnical asset as a whole is now being quantified and its contribution as a structure realized;
Topics for consideration and possible development: •
more study is required on the effect of global climate change and the frequency and size of areas of slope instability,
•
analytical techniques for predicting instability require assessment and development,
•
to manage a highway network as a business and to provide data for predicting performance ‘best practice’ needs to be identified, methods are needed to promulgate the importance of the geotechnical asset to the performance of other highway assets.
•
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BIBLIOGRAPHIE Publications Clayton C R I (2001). Managing geotechnical risk (Gestion du risque géotechnique). Telford, Londres. Duncan J M, Naven M et Patterson K (1999). Manual of geotechnical engineering reliability calculations (Manuel des calculs de fiabilité d'ingénierie géotechnique). FHWA SA-93-057 (1993). Rockfall hazard rating system (Système de notation des dangers de chute de pierres). National Highway Institute. Kong W K (2002). Risk assessment of slopes (Evaluation des risques des pentes). Journal trimestriel d'Engineering Geology, 35, 213-222. Lo D O K (2002). Interim review of pilot applications of quantative risk assessment to landslide problems in Hong Kong (Examen provisoire des applications pilotes de l'évaluation quantitative des risques pour les problèmes de glissements de terrain à Hongkong). Rapport 126 GEO. McMillan P et Matheson G D (1997). A two stage system for highway rock slope risk assessment (Un Système à Deux Phases d'Evaluation des Risques des Pentes Rocheuses des Routes). Int. J. Rock Mech. And Min. Sci. 34. Elsevier Science Ltd. Parkhurst S et Flavell R (2000). Risk assessment and quantification of slope condition based upon site inspection surveys (Évaluation des risques et quantification de l'état d'une pente d'après les levés d'inspections sur site). Railway Engineering 2000. Royaume-Uni. Perry J, Pedley M et Reid, M (2001). Infrastructure embankments – condition appraisal and remedial treatment (Remblais d'infrastructure – évaluation de l'état et traitement correctif). Rapport C550 CIRIA. Construction Industry Research and Information Association, Londres. Schuster R L. Landslides : investigation and mitigation (Glissements de terrain : investigation et atténuation). Rapport Spécial 247 Chapitre 2 Importance socioéconomique des glissements de terrain. Transportation Research Board, National Research Council. Shimazu A (2000). Contributions to risk management of existing slopes (Contributions à la Gestion des Risques des Pentes Existantes). Rapport AIPCR.
Logiciels LYNX Geosystems Inc (Canada) RocFall Rocscience Inc (Canada) @Risk Palisadi Corporation (Australie, Etats-Unis & Europe)
Sites Web http ://www.ggsd.com Annuaire des Logiciels Géotechniques & Géoenvironnementaux http ://rru.worldbank.org/Toolkits/highways Kane A R (1999). Why asset management is more critically important than ever before (Les raisons pour lesquelles la gestion des actifs n'a jamais été aussi cruciale qu'aujourd'hui). http ://www.tfhrc.gov/pubrds/marapr00/kane.htm. Discours prononcé à l'occasion de l'Asset Management Peer Exchange, parrainé par l'AASHTO et la FHA. AIPCR
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BIBLIOGRAPHY Publications Clayton C R I (2001). Managing geotechnical risk. Telford, London. Duncan J M, Naven M and Patterson K (1999). Manual of geotechnical engineering reliability calculations. FHWA SA-93-057 (1993). Rockfall hazard rating system. National Highway Institute. Kong W K (2002). Risk assessment of slopes. Quarterly Journal of Engineering Geology, 35, 213-222. Lo D O K (2002). Interim review of pilot applications of quantative risk assessment to landslide problems in Hong Kong. GEO Report 126.
McMillan P and Matheson G D (1997). A two stage system for highway rock slope risk assessment. Int. J. Rock Mech. And Min. Sci. 34. Elsevier Science Ltd. Parkhurst S and Flavell R (2000). Risk assessment and quantification of slope condition based upon site inspection surveys. Railway Engineering 2000. UK.
Perry J, Pedley M and Reid, M (2001). Infrastructure embankments – condition appraisal and remedial treatment. CIRIA Report C550. Construction Industry Research and Information Association, London. Schuster R L. Landslides: investigation and mitigation. Special Report 247 Chapter 2 Socio-economic significance of landslides. Transportation Research Board, National Research Council. Shimazu A (2000). Contributions to risk management of existing slopes. PIARC Report.
Computer Software LYNX Geosystems Inc (Canada) RocFall Rocscience Inc (Canada) @Risk Palisadi Corporation (Australia, USA & Europe)
Web sites http://www.ggsd.com Geotechnical & Geoenvironmental Software Directory http://rru.worldbank.org/Toolkits/highways Kane A R (1999). Why asset management is more critically important than ever before. http://www.tfhrc.gov/pubrds/marapr00/kane.htm. Speech to the Asset Management Peer exchnage, sponsored by AASHTO and FHA. PIARC
. 47 . 12.13.B - 2004
ANNEXE 1 : MESURES D'ATTENUATION Les tableaux A.1 à A.4 illustrent les mesures d'atténuation concernant les pentes artificielles et naturelles en sol meuble et rocheuses, accompagnées de leurs avantages et inconvénients. TABLEAU A.1 Résumé des techniques de traitement correctif et préventives relatives aux remblais Technique Remplacement granulaire
C •
Remblai traité à la chaux et au ciment Terre armée
•
•
•
•
•
•
Travaux de déblai et remblai et bermes de pied
•
•
Murs de soutènement en béton de masse et gabions
•
•
Murs de soutènement forés et à minipieux Murs à pieux réticulés
•
•
•
•
•
•
Rideaux de palplanches
•
•
Tirants et pieux
•
•
Murs de liaison Drainage des routes
•
Drainage des pentes Drainage interne Goujons de cisaillement
•
Tranchées de cisaillement Clous de sol Clous et pieux à la chaux
• • •
Pénétration
•
Méthodes de malaxage en place
•
P1
D
M •
U
P2 •
•
•
•
•
•
• •
•
• •
• •
•
•
•
• •
• •
• •
• • •
•
• • •
•
• • •
•
•
•
•
•
Végétation
•
•
•
Membranes
•
Légende : C Correctif
P1 Préventif
D Sol dur
•
M Sol meuble
AIPCR
•
Remarques Populaire par le passé pour réparer les glissements superficiels sur les routes Relativement nouveau pour stabiliser les remblais Les méthodes de terre armée sont aujourd'hui largement acceptées Une solution simple, mais qui peut être onéreuse et exige plus de terrain ou un mur de pied/des gabions Gabions moins chers que des murs de masse in situ coulés; convient aux réparations d'urgence Souvent utilisés près de l'épaulement d'un remblai Souvent utilisés près de l'épaulement d'un remblai ou sur un terrain de côté Convient à des fins d'affouillement ou murs de soutènement Utilisés en association avec un mur de soutènement Nécessite deux murs parallèles Raccords étanches nécessaires pour éviter une érosion Caractéristique importante des remblais L'installation peut être difficile La stabilisation peut prendre plusieurs années Simple mais efficace Peut donner une finition verdâtre La chaux doit être manipulée avec précaution Autrefois populaire pour les travaux ferroviaires mais ne convient pas aux remblais routiers modernes Fonctionne bien dans les bonnes conditions notamment comme piles L'utilisation d'une solution écologique est de plus en plus importante Peuvent être utilisées pour éviter la pénétration d'eau
U Mesure d'urgence P2 Mesure permanente
. 48 . 12.13.B - 2004
APPENDIX 1:
MITIGATION MEASURES
Tables A.1 to A.4 show the mitigation measures for manmade and natural slopes in soil and rock with their advantages and disadvantages. TABLE A.1 Summary of remedial treatment and preventative techniques for embankments Technique Granular replacement
R •
Lime and cement treated fill
•
Reinforced soil
P1
H
S •
E
P2 •
Comments Historically popular for repair of shallow slips on highways
•
•
•
•
•
Regrading and toe berms
•
•
Relatively new for embankment stabilisation Reinforced soil methods are now widely accepted A simple solution, but can be costly and requires additional land or a toe wall/gabions
Mass concrete and gabion retaining walls
•
•
Bored and minipile retaining walls
•
•
•
Reticulated pile walls
•
•
•
Sheetpiles
•
•
Ground anchors and piles
•
•
Tie walls Road drainage
•
•
•
•
•
•
•
Gabions less costly than cast in situ mass walls; suitable for emergency repairs Often used near the shoulder of an embankment Often used near the shoulder of an embankment or on sidelong ground
•
•
• •
•
•
•
Suitable for either scour or retaining wall purposes Used in combination with retaining wall Requires two parallel walls Water-tight connections necessary to avoid erosion Important feature of embankments
• •
Installation can be difficult Stabilisation may take several years
• • •
Simple but effective Can provide green finish Handling of lime requires caution
•
•
•
•
•
Vegetation
•
•
•
Membranes
•
Formerly popular for railway works but not successful for modern highway fills Works well in correct conditions especially as logs Use of green solution becoming increasingly more important Can be used to prevent water ingress
Slope drainage
•
•
•
Internal drainage Shear dowels
•
• •
• •
Shear trenches Soil nails Lime nails and piles
• • •
• • •
• • •
Grouting
•
Mix in place methods
•
•
Legend: R Remedial treatment P1 Preventative treatment H Hard soil P2 Permanent measure
PIARC
•
•
S Soft soil E Emergency measure
. 49 . 12.13.B - 2004
TABLEAU A.2 Résumé des techniques de traitement correctif et préventives pour les excavations et les pentes naturelles Technique Travaux de déblai et remblai et bermes de pied
S •
C •
Remblais renforcés & stabilisés
•
•
•
•
Remplacement granulaire
•
•
•
•
•
•
•
Murs à pieux
•
•
•
•
Tirants et mini pieux pour soutenir le mur Clous de sol
•
•
•
•
•
•
Murs gravitaires & gabions
Tirants, boulons & goujons de roche Épis & étayage
R •
•
P1
•
M •
U •
•
•
P2 •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Pieux à goujons
•
Filets & grillages
•
•
Clôtures d'arrêt
•
•
Risbermes, fossés et pièges à pierres Abris chute de pierres
•
•
•
•
Systèmes d'alarme et d'avertissement Drainage interne
•
•
•
•
•
•
Drainage des pentes
•
•
•
•
Drainage de pied
•
•
•
•
Membranes ex. bétonnage par épandage
•
•
•
•
Végétation
•
•
•
•
Légende : R Méthode roche U Mesure d'urgence
D
•
•
•
•
•
• •
•
•
• •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
S Méthode sol meuble C Correctif P2 Mesure permanente
AIPCR
•
• •
Remarque Solution simple, peut exiger une structure à bermes de pied pour rester dans les limites du terrain existant Méthodes de terre armée largement utilisées. Méthodes à la chaux et au cimentchaux de plus en plus utilisées Populaire par le passé pour réparer les glissements superficiels sur les routes Normalement utilisés au pied d'excavations avec travaux de déblai et remblai. Des gabions peuvent être utilisés pour les travaux d'urgence Comprend murs forés et à minipieux, pieuxracines et rideaux de palplanches. Des pieux peuvent être utilisés comme support de fondation des murs Offre un soutien latéral des murs Méthode populaire mais peut nécessiter des droits de passage si l'excavation est la frontière Peuvent être utilisés pour offrir un soutien d'excavation local ou général Méthode efficace pour améliorer la stabilité locale L'accès et le matériel d'installation peuvent être complexes Utilisés pour contrôler plutôt que prévenir les chutes de pierres Réduit l'impact des chutes de pierres. Maintenance requise Leur adéquation dépend de l'angle de la pente et de l'espace au pied de l'excavation Offre une protection de haut niveau contre les chutes de pierres Économiques mais peuvent ne pas empêcher la fermeture de l'infrastructure L'installation peut être difficile mais avantages majeurs pour une stabilisation économique des pentes naturelles Caractéristique importante des excavations et pentes naturelles pour prévenir l'érosion Vérifier que la construction n'amoindrira pas la stabilité de l'excavation Peuvent être utilisées pour éviter la pénétration d'eau/le désenrobage des surfaces lâches L'utilisation d'une solution écologique est de plus en plus importante pour les excavations et pentes naturelles. Réduit l'impact esthétique négatif de l'excavation
P1 Préventif
. 50 . 12.13.B - 2004
D Sol dur
M Sol meuble
TABLE A.2 Summary of remedial treatment and preventative techniques for cuttings and natural slopes Technique Regrading and toe berms
R1 •
S1 •
R2 •
Strengthened & stabilised fills
•
•
Granular replacement
•
•
•
•
•
Piled walls
•
•
•
•
Includes bored and minipiles, paliradice and sheetpiles. Piles can be used as base support for walls
Ground anchors and mini piles for wall support Soil nails
•
•
•
•
Provide lateral support to walls
•
•
•
Popular method but may require wayleaves if cutting is boundary line Can be used to provide local or overall cutting support Effective method for enhancing local stability Access and equipment for installation may be significant Used to control rather than prevent rockfall Reduces impact of rockfall. Maintenance required Suitability depends on slope angle and space at toe of cutting Provides high level of protection from rockfall Low cost but may not prevent closure of infrastructure Installation can be difficult but major benefits for cost effective stabilisation of natural slopes Important feature of cuttings and natural slopes to prevent erosion Check that construction will not undermine cutting stability Can be used to prevent water ingress/ ravelling of loose surfaces
Gravity walls & gabions
•
P1
H
•
S2 •
E •
P2 •
Comments Simple solution, may require to berm structure to keep within existing land
•
•
•
•
Reinforced soil methods widely used. Lime & lime-cement methods increasing in use Historically popular for repair of shallow slips on highways Normally used at cutting toe with regrading. Gabions can be used for emergency works
•
•
•
Ground anchors, rock bolts & dowels
•
•
•
•
Dentition & buttressing
•
•
•
•
•
Dowel piles
•
Netting & meshing
•
•
Catch fences
•
•
Benching, ditches and rock traps
•
•
Rockfall shelters
•
•
Alarm and warning systems
•
•
Internal drainage
•
•
•
•
Slope drainage
•
•
•
•
Toe drainage
•
•
•
•
Membranes e.g. sprayed concrete
•
•
•
•
Vegetation
•
•
•
•
Legend: R1 Rock method H Hard soil
S1 Soil method S2 Soft soil
•
•
•
•
•
• •
•
•
• •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
R2 remedial treatment E Emergency measure
PIARC
•
• •
• •
Use of green solution becoming increasingly more important for cutting and natural slopes. Reduces negative aesthetic impact of cutting
P1 preventative treatment P2 Permanent measure
. 51 . 12.13.B - 2004
TABLEAU A.3 Principaux avantages et limites des techniques de traitement correctif et préventif relatives aux remblais Technique Remplacement granulaire
Avantages Technique bien éprouvée. Simple à concevoir et superviser.
Remblai traité à la chaux et au ciment
Permet une réutilisation des matériaux in situ
Terre armée
Des pentes raides peuvent être obtenues. Aucune importation requise si l'angle de la pente est maintenu
Travaux de déblai et remblai et bermes de pied
Mesure simple et efficace et effet immédiat
Murs de soutènement en béton de masse et gabions
Méthode de stabilisation très efficace Généralement une méthode de réparation économique Résultat dans la formation d'un mur de masse in situ Technologie bien éprouvée
Le coût des murs de masse peut être élevé
Toutes conditions de sols
Plates-formes d'accès généralement requises pour l'installation
Toutes conditions de sols, mais hauteur libre requise.
Plates-formes d'accès généralement requises pour l'installation Impossible de pénétrer des terrains durs ou denses
Peut offrir d'importantes forces de soutien latéral La méthode de tirants ne dépend pas des conditions du sol Élimine l'action érosive potentielle des eaux de pluie Simple à installer Contrôle des renards ou de l'accumulation d'eau
Exigent des méthodes d'installation spécialisées
Exige un sous-sol solide si utilisé pour stabiliser un terrain de côté. Hauteur libre requise. Lorsque les palplanches peuvent être enfoncées. Hauteur libre requise Sols où d'importantes forces de frottement sont possibles
Estimation difficile de la force de liaison en service
Leur utilisation ne dépend pas des conditions du terrain
Maintenance requise
Convient à toutes les conditions de sols et chaussées routières
Difficile à inspecter Maintenance requise. Difficile à installer
Tous remblais En cas de risque d'accumulation d'eau ou de renard
Murs de soutènement forés et à minipieux Murs à pieux réticulés Rideaux de palplanches Tirants et pieux
Murs de liaison
Drainage des routes Drainage des pentes Drainage interne
AIPCR
Limites Le coût d'importation de remblais adaptés peut être élevé. Évacuation des gravas requise. Mouvements de camions accrus. Exige une excavation considérable au-delà de la surface de cassure superficielle Connaissances spécialisées requises. Exige une excavation considérable au-delà de la surface de glissement superficiel Pas toujours possible de réutiliser les sols in situ pour les pentes raides. Exige une excavation considérable au-delà de la surface de glissement superficiel Parfois difficile à réaliser dans les limites du site
. 52 . 12.13.B - 2004
Conditions Adéquates Toutes conditions de sols même si cette technique est généralement utilisée pour les argiles haute plasticité. La stabilité des ouvrages temporaires doit être prise en compte. Généralement recommandé pour les argiles ayant une teneur organique <2% (quelques exceptions). La stabilité des ouvrages temporaires doit être prise en compte. Peut être utilisée pour la réparation de glissements superficiels ou profonds. La stabilité des ouvrages temporaires doit être prise en compte. Toutes conditions de sols
TABLE A.3 Principal advantages and limitations of remedial treatment and preventative techniques for embankments Technique Granular replacement
Advantages Well proven technique. Simple to design and supervise.
Limitations Cost of importing suitable fill may be high. Disposal of excavated material required. Increased lorry movements. Requires considerable excavation beyond shallow rupture surface
Suitable Conditions All soil conditions although typically used in high plasticity clays. Temporary works stability needs to be considered.
Lime and cement stabilised fill
Allows reuse of in situ materials
Specialist knowledge required. Requires considerable excavation beyond shallow rupture surface
Generally recommended in clays with organic content <2% (some exceptions). Temporary works stability needs to be considered.
Reinforced soil
Steep slopes can be achieved. No importation required if slope angle maintained
Not always possible to reuse in situ soils for steep slopes. Requires considerable excavation beyond shallow rupture surface
Can be used for the repair of shallow or deep slip failures. Temporary works stability needs to be considered.
Regrading and toe berms
Simple and effective measure and immediate effect Highly effective stabilisation method
Sometimes difficult to achieve within site boundaries
All soil conditions
Cost of mass walls can be high
All soil conditions
Bored and minipile retaining walls
Generally a cost effective repair method
Access platforms normally required for installation
All soil conditions, but headroom required.
Reticulated pile walls
Result in formation of in situ mass wall
Access platforms normally required for installation
Sheetpiles
Well proven technology
Cannot penetrate stiff or dense ground
Requires strong subsoil if used to stabilise sidelong ground. Headroom required. Where piles can be driven. Headroom required
Ground anchors and piles
Can provide high lateral support forces
Require specialist installation methods
Soils where high friction forces possible
Tied walls
Anchor method does not depend on ground conditions
Estimation of in service tie force difficult
Use not dependent on ground conditions
Road drainage
Removes potential erosive action of stormwater Simple to install Controls piping or ponding
Requires maintenance
Suitable for all soil conditions and road pavements
Difficult to inspect Requires maintenance. Difficult to install
All embankments Where ponding or risk of piping exists
Mass concrete and gabion retaining walls
Slope drainage Internal drainage
PIARC
. 53 . 12.13.B - 2004
Technique Goujons de cisaillement
Tranchées de cisaillement Clous de sol
Clous et pieux à la chaux
Injection
Méthodes de malaxage en place
Végétation
Membranes
Avantages Peut résoudre les problèmes majeurs d'instabilité de pente Compétences simples requises Installation relativement bon marché Augmentent la résistance au cisaillement et améliorent les conditions du sol Une gamme étendue de techniques peut être utilisée Offre une amélioration générale de la résistance au cisaillement Esthétiquement agréable et amélioration de la stabilité du sol à proximité de la surface de la pente Peuvent être utilisées pour protéger la surface contre l'érosion ou comme barrière pour empêcher l'écoulement d'eau
AIPCR
Limites Coût d'installation élevé. Nécessite une certaine déformation du sol pour être efficace Coûts élevés de béton Plates-formes d'accès requises pour l'installation de clous de forage et cimentés Performances à long terme non prouvées
Conditions Adéquates Appliqués aux éboulements majeurs de pentes en profondeur Éboulements superficiels et profonds Surtout efficace pour les sols granulaires et argiles faible plasticité Convient le mieux aux argiles surcompactées, ex. argile de Londres/du Gault
Efficacité à long terme incertaine
La technique doit convenir aux conditions du sol
Matériel et compétences spécialisés nécessaires
Méthodes à ciment pour les sols granulaires et chaux pour les sols argileux
Ne convient pas à tous les environnements et peut masquer des problèmes sous-jacents. Peut s'accompagner d'une responsabilité de sécurité et d'entretien Peuvent masquer des problèmes sous-jacents et avoir une apparence visuelle inacceptable
Son succès dépend de la sélection des plantes, du type de sol, de l'orientation et de l'entretien
. 54 . 12.13.B - 2004
Toutes conditions de sols
Technique Shear dowels
Advantages Can solve major slope instability problems
Limitations High installation cost. Requires some soil deformation to be effective
Suitable Conditions Applied to deep seated major slope failures
Shear trenches
Simple skills necessary Relatively cheap to install
Concrete costs high
Shallow and deep failures
Access platforms required for installation of drill and grouted nails
Most effective in granular soils and low plasticity clays
Lime nails and piles
Provide shear increase and improve ground conditions
Long-term performance not proven
Best in overconsolidated clays, eg London Clay/Gault
Grouting
Wide range of techniques can be used
Long-term effectiveness is not certain
Technique should be appropriate to soil conditions
Mix in place methods
Provides overall increase in shear resistance
Specialist plant and skills necessary
Cement methods for granular soils and lime for clay soils
Vegetation
Aesthetically pleasing and enhancement of soil stability near surface of slope
Not suitable in all environments and can mask underlying problems. Can present a safety and maintenance liability
Success dependent on plant selection, soil type, orientation and maintenance
Membranes
May be used to protect surface from erosion or as a barrier to prevent water flow
Can mask underlying problems and may have unacceptable visual appearance
All soil conditions
Soil nails
PIARC
. 55 . 12.13.B - 2004
TABLEAU A.4 Principaux avantages et limites des techniques de traitement correctif et préventives relatives aux excavations Technique Travaux de déblai et remblai et bermes de pied Remblais renforcés & stabilisés
Avantages Mesure simple et efficace et effet immédiat
Limites Parfois difficile à réaliser dans les limites du site
Conditions Adéquates Toutes conditions de sols et de roches
Des pentes raides peuvent être obtenues. Possibilité de réutiliser les sols ayant connu un éboulement
La terre armée doit être choisie en fonction du type de remblai. Chaux & ciment-chaux généralement pour les argiles ayant une teneur organique <2% (quelques exceptions)
Remplacement granulaire
Technique bien éprouvée pour les éboulements de sols superficiels et plus profonds. Simple à concevoir et superviser.
Nécessite souvent une excavation des sols ayant connu un éboulement, pouvant entraîner une détérioration de la stabilité de l'excavation. Prendre en compte les questions environnementales relatives aux poussières de chaux et ciment Le coût d'importation de remblais adaptés peut être élevé. Évacuation des gravas requise. Exige une excavation considérable audelà de la surface de cassure superficielle
Murs gravitaires & gabions
Solutions structurelles positives et peuvent fournir une solution à long terme
Murs à pieux
Solution structurelle positive. Peuvent fournir une solution de stabilité locale ou générale. Possibilité de créer un espace supplémentaire au pied de l'excavation Peuvent offrir d'importantes forces latérales de soutien des murs Solution économique de plus en plus populaire
Tirants et mini pieux pour soutenir le mur Clous de sol
Tirants, boulons & goujons de roche
Technologie éprouvée offrant un soutien positif
Épis & étayage
Simple et économique pour soutenir localement les masses rocheuses instables Peut régler les problèmes de stabilité des pentes
Pieux à goujons
AIPCR
Les coûts peuvent être élevés pour les murs gravitaires et le matériel requis peut exiger une fermeture de l'infrastructure Exige un matériel mécanique et les exigences des ouvrages temporaires peuvent être importantes
Exige des méthodes d'installation spécialisées Plates-formes d'accès requises pour des excavations raides, du matériel mécanique étant nécessaire L'accès peut être difficile et doit être pris en compte lors du développement des programmes L'accès doit être pris en compte. Offre uniquement un soutien local Coût d'installation élevé. Stabilisation pas immédiate
. 56 . 12.13.B - 2004
Toutes conditions de sols même si cette technique est généralement utilisée pour les argiles haute plasticité. La stabilité des ouvrages temporaires doit être prise en compte. Tous types de terrains
La plupart des sols et pentes rocheuses plus tendres
Les sols où d'importantes forces de frottement sont possibles Surtout efficace pour les sols granulaires et les argiles faible plasticité/roches tendres Toutes excavations rocheuses Excavations rocheuses dures Appliqués aux éboulements de pentes en sol meuble profonds
TABLE A.4 Principal advantages and limitations of remedial treatment and preventative techniques for cuttings Technique Regrading and toe berms
Advantages Simple and effective measure and immediate effect
Limitations Sometimes difficult to achieve within site boundaries
Suitable Conditions All soil and rock conditions
Strengthened & stabilised fills
Steep slopes can be achieved. May be possible to reuse failed soils
Often requires excavation of failed soils so cutting stability can be undermined. Consider environmental issues with lime & cement dust
Soil reinforcement must be chosen to suit fill type. Lime & lime cement for generally for clays with organic content <2% (some exceptions)
Granular replacement
Well proven technique for shallow and deeper soil failures. Simple to design and supervise.
Cost of importing suitable fill may be high. Disposal of excavated material required. Requires considerable excavation beyond shallow rupture surface
All soil conditions although typically used in high plasticity clays. Temporary works stability needs to be considered
Gravity walls & gabions
Positive structural solutions and can provide long term solution
Costs can be high for gravity walls and plant required may require closure of infrastructure
All ground types
Piled walls
Positive structural solution. Can provide local or overall stability solution. Scope for creating additional space at toe of cutting
Requires mechanical equipment and temporary works requirements can be extensive
Most soils and softer rock slopes
Ground anchors and mini piles for wall support
Can provide high lateral support forces to walls
Require specialist installation methods
Soils where high friction forces possible
Soil nails
Cost effective solution becoming more popular
Access platforms required for steep cuttings as mechanical equipment required
Most effective in granular soils and low plasticity clays/soft rocks
Ground anchors, rock bolts & dowels
Proven technology providing positive support
Access can be difficult and must be considered when developing schemes
All rock cuttings
Dentition & buttressing
Simple and cost effect in providing local support to unstable rock masses
Access must be considered. Provides local support only
Hard rock cuttings
Dowel piles
Can provide stability to slope problems
High installation cost. Stabilisation not immediate
Applied to deep soil slope failures
PIARC
. 57 . 12.13.B - 2004
Technique Filets & grillages
Avantages Solution simple et économique
Clôtures d'arrêt
Contribue à minimiser les risques pour les usagers de l'infrastructure
Risbermes, fossés et pièges à pierres
Méthode simple et efficace pour contenir/réduire la vitesse des chutes de pierres Solution structurelle positive offrant une protection de haut niveau
Abris chute de pierres
Systèmes d'alarme et d'avertissement
Économiques, offrant un avertissement précoce
Drainage interne
Réduit et contrôle le niveau et l'écoulement des eaux souterraines à travers la paroi Simple à installer
Drainage des pentes Drainage de pied
Simple à installer et réduit le risque d'érosion au pied de l'excavation
Membranes ex. bétonnage par épandage Végétation
Utilisées pour contrôler l'érosion ou dans le cadre d'une solution structurelle Esthétiquement agréable et amélioration de la stabilité du sol à proximité de la surface de la pente
Méthodes de maintenance
Prolongent la durée de vie des excavations
AIPCR
Limites Exige une inspection et une réparation des dégâts. Ne prévient pas les éboulements et le désenrobage des pentes Ne prévient pas les chutes de pierres et la taille des pierres retenues peut être limitée. Maintenance et réparation des dégâts probables Nécessite une maintenance et un entretien régulier. L'excavation peut être difficile et onéreuse
Conditions Adéquates Excavations rocheuses fissurées et roches exposées aux intempéries
Coût élevé et doivent être conçus pour les charges à fort impact
Excavations d'infrastructure à fort trafic où les méthodes de prévention sont impossibles Tous types d'excavations
Ne préviendront pas les éboulements et fourniront uniquement un avertissement. Perturbation possible de l'infrastructure Maintenance requise. Peut être difficile à installer Sur les pentes raides, peut avoir un impact visuel négatif L'installation peut avoir un impact sur la stabilité des excavations sur les pentes en sol meuble Peuvent masquer des problèmes sous-jacents et avoir une apparence visuelle inacceptable Ne convient pas à tous les environnements et peut masquer des problèmes sous-jacents. Peut s'accompagner d'une responsabilité de sécurité et d'entretien. Prendre en compte les dégâts de racines pour les pentes rocheuses Peuvent avoir un impact considérable sur le coût total du cycle de vie. Prendre en compte les risques de sécurité pour le personnel de maintenance
. 58 . 12.13.B - 2004
Excavations rocheuses où les méthodes de prévention de chutes de pierres ne sont pas possibles Excavations rocheuses où l'angle de la pente permet l'installation de risbermes
Pentes où les eaux ont une influence importante sur la stabilité Tous types d'excavations Tous types d'excavations La plupart des conditions de sols & de roches Son succès dépend de la sélection des plantes, du type de sol, de l'orientation et de l'entretien
Toutes excavations
Technique Netting & meshing
Advantages Simple cost effective solution
Limitations Requires inspection and repair for damage. Does not prevent failure and ravelling of slopes
Suitable Conditions Fractured rock cuttings and rocks susceptible to weathering
Catch fences
Helps minimise risk to infrastructure users
Does not prevent rockfall and limit on size of rocks that can be restrained. Maintenance and damage repair expected
Rock cuttings where rockfall failure prevention methods not possible
Benching, ditches and rock traps
Simple and effective method of containing/reducing speed of rockfall
Requires maintenance and regular cleaning. Excavation may be difficult and expensive
Rock cuttings where slope angle permits benching
Rock fall shelters
Positive structural solution providing high level of protection
High cost and must be designed for high impact loadings
Heavily trafficked infrastructure cuttings where prevention methods are not possible
Alarm and warning systems
Low cost providing early warning
Will not prevent failures but only provide warning. Possible disruption to infrastructure
All cutting types
Internal drainage
Reduces and controls groundwater levels and flow through face
Requires maintenance. Can be difficult to install
Slopes where water has a significant influence on stability
Slope drainage
Simple to install
On steep slopes can have negative visual impact
All cutting types
Toe drainage
Simple to install and reduces risk of erosion at cutting toe
Installation may have an effect on cutting stability in soil slopes
All cutting types
Membranes e.g. sprayed concrete
Used for erosion control or as a part of structural solution
Can mask underlying problems and may have unacceptable visual appearance
Most soil & rock conditions
Vegetation
Aesthetically pleasing and enhancement of soil stability near surface of slope
Not suitable in all environments and can mask underlying problems. Can present a safety and maintenance liability. Consider root damage in rock slopes
Success dependent on plant selection, soil type, orientation and maintenance
Maintenance methods
Prolong life of cuttings
Can have significant effect on whole life costs. Consider safety risks to maintenance personnel
All cuttings
PIARC
. 59 . 12.13.B - 2004
ANNEXE 2 : ÉTUDES DE CAS Structure de présentation des études de cas Pour faciliter une présentation uniforme, la structure suivante a été adoptée pour les études de cas. A
Conception
A1. Contexte de connaissance du Risque – décrire les domaines de certitude et d'incertitude. A2. Identifier la nature du danger – nous avons précédemment identifié qu'ils pouvaient provenir de problèmes de Géologie, d'Hydrogéologie, de Caractéristiques/Performances des Matériaux, de Connaissances Techniques, d'Influence Humaine, de Climat ou de Catastrophes Naturelles. A3. Imminence du risque –est-il nécessaire de réagir très rapidement ou est-il possible d'examiner et de concevoir, ou même d'inclure les travaux à des activités programmées (sur des mois ou des années). A4. Probabilité et Conséquences du Risque – ce qui influence la réponse à l'évènement. Inclure les détails de toute analyse de Probabilité utilisée et faire le lien avec le Point 6 ci-dessous. A5. Degré de Confiance - la qualité des connaissances (ou expertises) appliquées à ce stade. A6. Évaluer la Vulnérabilité – par rapport aux catégories suivantes : • Santé et Sécurité des personnes – usagers de la route ou personnes vivant/travaillant à proximité. Attribuer une 'valeur' aux accidents ou décès dans la mesure du possible. • Dégâts ou préjudices causés aux structures routières (comme les ponts ou murs de soutènement) ou services routiers (systèmes de communications, lampadaires ou drainage). • Dégâts ou préjudices causés aux structures (biens compris) ou terrains appartenant à/gérés par des tiers. • Retards/perturbation du trafic et influence sur le 'Niveau de Service'. • Coûts, y compris l'effet des coûts 'directs' (travaux d'atténuation, frais et gestion du trafic) sur les budgets et le programme ainsi que l'effet des 'coûts indirects' sur l'économie de la région. • Environnement et Durabilité – y compris des questions telles que le risque de pollution ou la réutilisation des matériaux du site. A7. Questions Logistiques/Politiques – l'importance stratégique (sociale et économique) de la route et du projet. A8. Propositions d'atténuation – pouvant inclure des options telles que re-profilage, drainage, consolidation, soutien, bio-ingénierie et surveillance/observation. A9. Efficacité/Risque Résiduel – l'équilibrage des risques dans les travaux d'atténuation proposés qui sont convenus avec les responsables des routes, notamment la nature des risques résiduels prévus. Inclure les détails de toute analyse des risques (qualitative ou quantitative) appliquée.
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APPENDIX 2:
CASE HISTORIES
Framework for the presentation of case examples To assist in a uniform presentation the following structure was adopted for case histories. A
Conception
A1. Background to the knowledge of the Risk - outline the areas of both certainty and uncertainty. A2. Identify the nature of the hazard - we have previously identified that these may be caused by problems with the Geology, Hydrogeology, Material Characteristics/Performance, Engineering Understanding, Influence by Man, Climate or Natural Disasters. A3. Imminence of risk - has there been the need to react very quickly or has there been opportunity to review and design or even to include the work in programmed activities (over month or years). A4. Probability and Consequences of Risk - which influences the response to the event. Include details of any Probabilistic analysis used and link with Item 6 below. A5. Confidence Level - the quality of the knowledge (or expertise) applied at this stage. A6. Assess Vulnerability - against the following categories: • Health and Safety to people - road users or people living/working nearby. Assign a 'value' to injury or loss of life where possible. •
Damage or loss of road structures (such as bridges or retaining walls) or road services (communications systems, lighting columns or drainage).
•
Damage or loss to structures (including property) or land owned/managed by others. • Delays/disruption to traffic and influence on the 'Service Level'. • Costs, including the effect of the 'direct' costs (mitigation works, fees and traffic management) on budgets and programme as well as the 'indirect costs' to the economy of the region. • Environment and Sustainability - including issues such as pollution risk or reuse of the site materials. A7. Logistical/Political Issues - the strategic (social and economic) importance of the road and the project. A8. Mitigation proposals - which may included options such are reprofiling, drainage, strengthening, supporting, bio-engineering and monitoring/observation. A9. Effectiveness/Residual Risk - the balance of risk in the mitigation works proposed which are agreed with the road managers, particularly what residual risks are expected. Include details of any risk analysis (qualitative or quantitative) applied.
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B.
Construction
B1. Observations – issues d'une Surveillance, Observation ou Investigation ultérieure et comparées au modèle de connaissances, risques, probabilité, vulnérabilité et atténuation (influence/changements des Points A1, A2, A3, A4, A5, A6 & A8). B2. Facteurs de risques de construction/contractuels – tels que santé et sécurité dans le cadre des travaux (par exemple pour les ouvriers, la circulation et le matériel), coûts et programme (y compris les délais de conclusion d'un contrat de forme appropriée). B3. Méthodes de construction/Ouvrages temporaires – méthodes de réduction des risques à court terme (telles que assèchement, modification ou soutien du profil) ou travaux de préparation. B4. Examen logistique (influence/changements du Point A7). B5. Examen de l'efficacité/du risque résiduel (influence/changements du Point A9). C.
Exploitation
C1. Examen logistique/du risque résiduel – actualisation de tout modèle de probabilité ou de risque pouvant avoir été utilisé et questions convenues avec le responsable des routes (influence/changement des Points B1, B4 & B5). C2. Questions d'observation – systèmes de surveillance ou observations et 'déclencheurs' pouvant dicter des mesures à l'avenir (par exemple, dans le cadre d'une approche observationnelle). C3. Transfert de connaissances en activités planifiées/gérées - comment (et si) les informations obtenues sont utilisées pour mieux gérer 'l'actif' géotechnique.
Exemple 1 : M25 Godstone, Royaume-Uni Cette étude de cas illustre l'impact et les vulnérabilités relatifs à l'éboulement d'une pente et l'importance de connaître les risques géotechniques dans la gestion de l'infrastructure routière. Cet exemple décrit un éboulement de pente substantiel sur une autoroute stratégique majeure au Royaume-Uni et examine les problèmes rencontrés au cours des trois phases clés du cycle de vie de la route, à savoir Conception, Construction et Exploitation. Contexte : Cette portion dans le sens est-ouest de l'autoroute périphérique de Londres, M25, a été construite sur une pente douce (8-10 degrés) orientée plein sud. Elle se situe dans l'affleurement de la formation d'argile du Gault (Crétacé inférieur), sous l'escarpement calcaire des North Downs, dans le sud-est de l'Angleterre. L'argile du Gault est largement surconsolidée et à haute plasticité, et souvent recouverte de dépôts de Head de sables verts et de craie. A certains endroits, il existe des glissements de terrain (comprenant des langues de matériau de solifluxion, des mouvements rotationnels et des coulées de boue). La M25 traverse une de ces langues à proximité de ce site.
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B.
Construction
B1. Observations - from subsequent Monitoring, Observation or Investigation and reviewed against knowledge, risk, probability, vulnerability and mitigation design (influence/changes to Items A1, A2, A3, A4, A5, A6 & A8). B2. Construction/Contract risk factors - such as health and safety for the works (for example to workers, traffic and equipment), costs and programme (including the time to enter into an appropriate form of contract). B3. Constructive methods/Temporary Works - short-term risk reduction methods (such as dewatering, profile modification or support) or preparation works. B4. Logistical review (influence/changes to Item A7). B5. Effectiveness/residual risk review (influence/changes to Item A9). C.
Operation
C1. Logistical/Residual Risk review - update on any probabilistic or risk model that may have been used and issues agreed with the Road Manager (influence/change to Items B1, B4 & B5). C2. Observation issues – monitoring systems or observations and 'triggers' that might prompt actions in the future (for example, in an observational approach). C3. Knowledge transfer into planned//managed activities - how (and if) the information gained is used to better manage the geotechnical 'asset'.
Example 1: M25 Godstone, UK The purpose of this case history is to illustrate the impact and vulnerabilities related to a slope failure and the importance of understanding geotechnical risks in the management of road infrastructure. This example uses a substantial slope failure on a major strategic highway in the UK and reviews the issues in the three key stages in the whole life cycle of the road, identified as Conception, Construction and Operation. Background: This east-west trending section of the London Orbital Motorway (M25) was constructed on a gentle (8-10 degree) south-facing slope. This is within the outcrop of the Gault Clay Formation (Lower Cretaceous), below the chalk escarpment of the North Downs, in Southeast England. The Gault Clay is heavily over consolidated and highly plastic, and often mantled by Head Deposits from the overlying Upper Greensand and Chalk. In places, there are landslips (comprising lobes of solifluction material, rotational features and mudslides) and the M25 crosses one such lobe in the vicinity of this site.
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A.
Phase de Conception
Les études de faisabilité initiales pour cette autoroute ont été entreprises dans les années 60 et 70, parallèlement à une consultation publique. La construction de cette portion n'a pas débuté avant 1975 environ. Cette partie A est par conséquent un examen subjectif des risques basé sur des informations documentées datant de cette période de pré-construction. A1. Les études préliminaires ont identifié trois zones d'instabilité de pente naturelle antérieure le long de l'affleurement d'argile du Gault, immédiatement sous l'affleurement de sables verts supérieurs. Ces données sont basées sur une inspection à pied, des photographies aériennes, une cartographie et des investigations intrusives. Le choix de l'itinéraire ne semblerait pas avoir été limité par des questions géotechniques. A2. La stabilité marginale du manteau des dépôts de Head a été identifiée comme le principal danger de construction dans cette zone car il semble évident que leur stabilité était limite et la conception préconisait une accentuation locale des pentes. A cela venaient s'ajouter les problèmes connus de construction et de drainage à long terme associés aux argiles du Gault, en raison d'un amollissement et de la génération de pressions interstitielles excessives dans les fissures. A3. Les concepteurs ont clairement reconnu que les dangers identifiés pouvaient provoquer des éboulements soudains et catastrophiques pendant la construction (et peu après) à moins qu'ils ne soient gérés efficacement en les prenant en compte dans la conception du programme (mesures de drainage comprises). Aucune évaluation des risques à long terme n'est consignée. A4. La probabilité de la survenance d'un éboulement de pente a été jugée faible, à condition que les spécifications de conception et de construction prennent en compte les dangers prévus (les mesures prises sont décrites au point A8). Si ce risque n'avait pas été géré efficacement, les conséquences de tout éboulement pendant la construction auraient été considérables pour le programme/coût du programme et éventuellement pour la santé et la sécurité des ouvriers (voir A6 pour de plus amples détails). A5. Les connaissances et expertises alors appliquées auront sans doute été de niveau acceptable et conformes aux exigences de la Highways Agency. Le niveau des reconnaissances de terrain et des essais de laboratoire aurait également été comparable à celui alors exigé. Pendant cette période, le comportement de l'argile du Gault était probablement bien connu en tant que matériau de génie civil, notamment dans l'évaluation des risques de stabilité des pentes d'après les évènements primaires et les surfaces de cisaillement résiduelles découlant des perturbations/mouvements périglaciaires du Head et de la solifluxion du manteau. L'application de ces connaissances peut toutefois avoir été entravée par le nombre important de constructions routières à cette époque (ressources disponibles utilisées au maximum).
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A.
Conception Stage
Initial feasibility studies for this motorway were undertaken in the 1960's and 1970's in conjunction with public consultation. Construction of this section did not commence until about 1975. Section A is therefore a subjective risk review based on documented information from this pre-construction period. A1. Preliminary studies recognised three areas of past natural slope instability along the Gault Clay outcrop, immediately below the outcrop of the Upper Greensand. This was based on walkover inspection, aerial photographs, mapping and intrusive investigations. The route selection would not appear to have been restrained by geotechnical issues.
A2. The marginal stability of the mantle of Head deposits was identified as the key hazard for construction in this area as it would have been evident that they were of marginal stability and the design called for the slopes to be locally steepened. Added to this were the known construction and long-term drainage problems associated with the Gault clays, as a result of softening and the generation of excess pore pressures in fissures. A3. The designers clearly recognised that identified hazards could give rise to sudden and catastrophic failures during construction (and shortly thereafter) unless effectively managed through care in the design of the scheme (including drainage measures). No assessment of long-term risk is recorded. A4. The probability of a slope failure occurring was considered low, providing the design and construction specification took into account the foreseen hazards (the measures taken are outlined in A8). If care had not been taken to manage this risk effectively the consequences of any failure during construction could have been significant for the programme/cost of the scheme and potentially to the Health and Safety of operatives (see A6 for more detail). A5. The knowledge and expertise applied at the time would no doubt have been to an acceptable standard and in accordance with Highways Agency requirements. The standard of Ground Investigations and laboratory testing should also have been comparable with those currently expected. During this period, there would also be expected to be good knowledge of the behaviour of Gault Clay as an engineering material, particularly in assessing slope stability risk based on first time events and residual shear surfaces as a consequence of periglacial disturbance/movement in the Head and soliflucted mantle. Application of this knowledge may, however, have been hampered by the high level of road construction at this time (stretching the available resources).
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A6. Évaluation de la Vulnérabilité : A.
B.
C. D. E.
F.
La santé et la sécurité des personnes, notamment les ouvriers du chantier (surtout ceux travaillant sur ou à proximité de la pente creusée). La vulnérabilité ne serait toutefois pas différente de celle de nombreux autres projets de construction routière où (avec une formation et des précautions efficaces pour la santé et la sécurité) le risque est jugé faible. Les dégâts ou préjudices causés aux structures routières (comme le viaduc de Flower Lane) ou services routiers (systèmes de communications, lampadaires ou drainage) devraient être de faible risque si le programme est dûment conçu et construit. Les dégâts ou préjudices causés aux structures ou terrains appartenant à/gérés par des tiers, ex. Flint Hall Cottage à proximité de l'excavation en haut de la pente devraient être de faible risque si le programme est dûment conçu et construit. Les retards/perturbations du trafic et l'influence sur le 'Niveau de Service' n'ont pas été un facteur jusqu'à l'ouverture de la route (Phase C). Les coûts, y compris l'effet des coûts 'directs' (travaux d'atténuation, frais et gestion du trafic) sur les budgets et le programme ainsi que l'effet des 'coûts indirects' sur l'économie. Les conditions de sols ‘imprévues’ ont souvent été citées comme principale cause des dépassements des coûts de construction et doivent être considérées comme un risque important. Un retard d'ouverture de la route imposerait une nouvelle contrainte sur l'infrastructure routière locale. Environnement et Durabilité : la majorité du terrain re-profilé pendant ces travaux a retrouvé un usage agricole.
A7. Il s'agit de la route la plus stratégique du Royaume-Uni en termes de perturbation et de sensibilité politique. Les volumes de trafic avoisinent aujourd'hui 30 000 véhicules dans chaque sens en semaine (jusqu'à 12% de poids lourds) et cette route est une liaison clé vers les aéroports londoniens et les principaux points d'accès vers l'Europe continentale (ferries et tunnel sous la Manche). A8. Les mesures prises dans la phase de conception pour atténuer les risques majeurs identifiés comportaient principalement : • • •
la minimisation de l'envergure du re-profilage des pentes (angles de pente ne dépassant pas 15 degrés), les travaux de drainage (pour contrôler l'infiltration des eaux de sources et directe), les contrôles des terrassements au niveau de la sélection, de la manutention, du contrôle et de l'usage de matériaux gagnés sur le site.
A9. Le risque résiduel (à l'issue de la construction) ne semble pas avoir été pris en compte à cette étape.
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A6. Assessment of Vulnerability: A. Health and Safety to people, particularly to site operatives (especially those working on, or close to, the excavated slope). However, the vulnerability would be no different to many other road construction contracts where (with effective Healthy & Safety training and precautions) the risk is considered low. B. Damage or loss of road structures (such as Flower Lane Overbridge) or road services (communications systems, lighting columns or drainage) should be of low risk where the scheme is appropriately designed and constructed. C. Damage or loss to structures or land owned/managed by others e.g. Flint Hall Cottage in close proximity up slope from the cutting should be of low risk where the scheme is appropriately designed and constructed. D. Delays/disruption to traffic and influence on the 'Service Level' not a factor until the road was opened (Stage C). E. Costs, including the effect of the 'direct' costs (mitigation works, fees and traffic management) on budgets and programme as well as the 'indirect costs' to the economy. ‘Unforeseen’ ground conditions have frequently been quoted as a principal cause of construction cost over-runs and should be considered to be a significant risk. Delays to road opening would place further strain on the local road infrastructure. F. Environment and Sustainability: the majority of the land that was reprofiled through these works was returned to agricultural use. A7. This is the most strategic road in the UK in terms of disruption and political awareness. Traffic volumes today typically average 30,000 vehicles in each direction on weekdays (with up to 12% being heavy goods vehicles) and this route is a key link to the London airports and the principal continental crossings (shipping and Channel Tunnel). A8.The measures included in the design to mitigate against the perceived significant risks consisted primarily of: • • •
Minimising the scope of slope re-profiling (cut slope batters not exceeding 15 degrees); Drainage works (to control spring water and direct infiltration); Earthwork controls on the selection, handling, control and use of site won materials.
A9. Residual risk (on completion of construction) does not appear to have been considered at this stage.
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B. Construction Il s'agit de la phase de construction d'origine, entreprise entre 1975 et 1979 environ. B1. Observations : Il n'existe pas d'archives d'observation disponibles sur ce site. L'absence de rapports de cette période suggère que les dangers perçus n'ont pas posé de problèmes majeurs pendant la construction ou qu'ils ont été efficacement gérés dans le cadre du contrat. B2. Facteurs de risques de construction/contractuels – Aucune information B3. Le contrat de construction permettait l'installation de nouveaux systèmes de drainage aux endroits jugés nécessaires par le concepteur. Ces travaux de drainage ont été limités sur la pente même si la collecte de cours d'eau/sources spécifiques a été bien contrôlée aux endroits identifiés. B4. Examen logistique : aucun changement n'était prévu pendant cette période. B5. Examen de l'efficacité/des risques résiduels – aucune archive. Un système de surveillance (piézomètres) a été installé sur la pente pendant la construction (et a pu effectuer des relevés pendant cette période), mais il n'existe aucune archive de surveillance pour cette période, ou pendant l'exploitation. (Remarque : Alors que les exigences courantes de la Highways Agency stipulent notamment la production d'un rapport de Retour d'Informations de Construction, examen de conception/spécification et problèmes de risques résiduels compris, cette pratique n'était pas standard à l'époque, à savoir en 1979.) C. Exploitation De l'achèvement de la construction (1979) à nos jours. C1. Au cours de la période d'exploitation ayant débuté en 1979, cette portion d'autoroute a fait l'objet d'inspections d'état 'standards', portant sur l'état de la zone dans les limites de la route. Aucune exigence d'inspection ou de surveillance particulière n'a été identifiée pour cette zone. (Remarque : la quasi-totalité de la pente a retrouvé un usage agricole et a par conséquent été jugée en dehors de cette zone d'intérêt direct.) Des signes de stabilité limite de cette zone pendant la période d'Exploitation sont toutefois apparus, dont : • • •
la réparation d'un éboulement majeur sur des terres cultivées adjacentes de géométrie et géologie similaires à ce site ; le moutonnement de la surface du terrain ; les mouvements et dégâts causés aux clôtures de limites du terrain dans la zone.
La nuit du 19 décembre 2000, un éboulement de pente majeur s'est produit dans le déblai d'origine de l'autoroute, menaçant l'autoroute d'une fermeture qui aurait entraîné une perturbation immédiate et à grande échelle des transports dans le sud-est de l'Angleterre. Cet éboulement faisait environ 200 m de long, situé sous et à proximité d'un viaduc sur la face nord d'une importante excavation et partant de la bande d'arrêt d'urgence sur les 80 premiers mètres de la pente. Cet éboulement avait déjà commencé à soulever de 150 mm la bande d'arrêt d'urgence de la M25 au pied de la pente (l'excavation a une hauteur maximum d'environ 25 m, avec une pente comprise entre 11 et 15°).
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B.
Construction
This is the stage of original Construction, undertaken between about 1975 and 1979. B1. Observations: There are no records of an observational nature available from this site. The lack of any reports from this period suggest that perceived hazards did not present significant problems during construction or they were effectively managed within the contract. B2. Construction/Contract risk factors – No information B3. The construction contract allowed further drainage to be installed where considered necessary by the Designer. This was undertaken in a limited manner on the slope although the collection of specific watercourses/springs was well controlled where identified. B4. Logistical review: no changes during this period would be foreseen. B5. Effectiveness/residual risk review - none recorded. Monitoring (piezometers) was installed on the slope during construction (and may have been read during this period), but there are no records of monitoring from this period, or during Operation. (Note: While current Highways Agency requirements include the need for the reporting of Construction Feedback, including design/specification review and residual risk issues, it was not standard at this time i.e. in 1979.)
C. Operation From completion of construction (1979) to the current time. C1. In the period of Operation since 1979, this section of highway has been subject to 'standard' condition inspections, which focus on the condition of the area within the Highway boundary. No particular inspection or monitoring requirements were identified for this area. (Note: almost the entire slope was returned to agricultural use and was therefore considered to lie outside this area of direct interest.) However, there have been indications that this area has been of marginal stability during the Operational period, including: • • •
the repair of a substantial failure on adjacent farmland with similar geometry and geology to this site, the hummocky nature of the ground surface, movement and damage to field boundary fences in the area.
On the night of 19 December 2000 a major slope failure occurred within the original motorway cutting, which threatened to close the highway and would have led to immediate widespread transport disruption in the southeast of England. The failure was approximately 200m in length, located beneath and adjacent to an overbridge on the north face of a major cutting and extended from the hard shoulder 80m up the slope. The failure had already begun to raise the hard shoulder of the M25 at the base of the slope by 150mm. (The cutting has a maximum height of approximately 25m, standing at slope angles of between 11° and 15°).
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Photographies prises peu après le signalement de l'éboulement.
Ce phénomène a déclenché une réévaluation urgente des dangers, des problèmes de vulnérabilité du site et par conséquent une évaluation des risques dans le but de hiérarchiser et gérer les activités sur le site et dans la région. Examen des principaux Dangers (précédemment évalués à la phase Conception aux Points A1 à A5) : Géologie : Les investigations et la surveillance entreprises après cet éboulement ont révélé que l'éboulement s'était produit à deux niveaux, le premier se situant à la base des dépôts de Head restants, mais le mouvement principal concernant une importante veine verticale formée par l'intersection d'un escarpement inverse raide et d'une surface de cisaillement horizontale voisine, jusqu'à 10 m sous le niveau courant du sol. Cet éboulement se situe dans une argile du Gault relativement inaltérée (mais fissurée) (voir Schéma de la zone d'éboulement principale). Alors que le mouvement dans les dépôts de Head pouvait être prévus d'après les études antérieures, l'importance du mécanisme d'éboulement plus profond et plus grave n'avait pas été évaluée. Les dernières investigations ont toutefois identifié un important glissement de terrain au moyen de photographies aériennes prises avant la construction de la route, un glissement qui traversait la route à cet endroit. De plus, des études détaillées ont révélé un certain nombre de sites dans le sud de l'Angleterre où des surfaces de cisaillement d'angle faible similaires ont été identifiées dans des géologies et cadres similaires; ces exemples sont des archives datant de 1988, 1995 et 2000 (Référence clé : Hutchinson, JN. The Fourth Glossop Lecture 'Reading the Ground : Morphology and Geology in Site Appraisal, Quaterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 34, pp. 7-50). La tension et le cisaillement générés par les mouvements tectoniques au cours des orogenèses Varisque (il y a environ 300-280 millions d'années) et Alpine (il y a principalement 40-25 millions d'années) seraient à l'origine de ces cisaillements. Les schémas de discontinuité résultants sont souvent masqués par des processus géologiques plus récents.
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Photographs taken shortly after the failure was reported.
This prompted an urgent re-assessment of the hazards, the vulnerability issues for the site and hence an assessment of risk in order to prioritise and manage activities on site and within the region. Review of principal Hazards (previously assessed at Conception in Items A1 to A5) Geology: The investigations and monitoring undertaken after this failure have revealed that the failure occurred on two levels. The first level is at the base of the remaining Head Deposits, but the principal movement was of a large soil wedge formed by the intersection of a steep back scarp and a near horizontal shear surface, which is up to 10m below current ground level. This failure is within relatively unweathered (but fissured) Gault Clay (see Schematic diagram of main failure area). Whilst movement within the Head Deposits could be foreseen from the earlier studies, the importance of the deeper and more significant failure mechanism had not been appreciated. However, the recent investigations did identify a large landslide from aerial photographs taken before highway construction and this crossed the route at this point. In addition detailed studies have revealed a number of sites in southern England where similar low angle shear surfaces have been identified in similar geologies and settings; these examples are records dating from 1988, 1995 and in 2000 (Key Reference Hutchinson, JN. The Fourth Glossop Lecture 'Reading the Ground: Morphology and Geology in Site Appraisal, Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 34, pp. 7-50). The origin of these shears is believed to be through tension and shear induced by tectonic movements in the Variscan (approx. 300-280 Ma ago) and the Alpine (principally 40-25 Ma ago) orogenic episodes. The resultant discontinuity patterns are often masked by more recent geological processes.
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Hydrogéologie : alors que la présence d'eaux souterraines (et leur mouvement) dans cette zone est critique dans l'évaluation des risques de stabilité, aucun changement majeur des connaissances (de la phase de Conception) n'a été révélé par les récentes investigations. Caractéristiques/Performances des matériaux : alors que la base de connaissances a été améliorée grâce à une multitude de tests de bonne qualité, les résultats n'ont pas considérablement modifié les connaissances d'origine. Une confiance accrue dans les caractéristiques des matériaux (alliée à une rétro-analyse de l'éboulement) et le modèle du sol ont toutefois permis d'utiliser des facteurs de sécurité moins traditionnels dans l'analyse de conception corrective. Connaissances Techniques : au vu de l'importance de cette défaillance, un niveau élevé d'expertise a été appliqué au problème. De plus, la base de connaissances a été largement améliorée (par rapport aux années 70) et de puissants outils sont disponibles pour modeler et analyser le problème. Les connaissances et les rapports sur les surfaces de cisaillement tectonique dans un cadre géologique similaire ont seulement évolué depuis les années 80. Influence de l'Homme : la construction de cette excavation autoroutière, et son retour à un usage agricole, constituent clairement la principale influence de l'homme. Depuis cette période, les terres ont été utilisées pour le pâturage, le seul changement connu étant que quelques mois seulement avant la survenance de cet éboulement, l'agriculteur avait labouré les terres en vue d'un réensemencement. Cette opération n'a jamais été achevée (retardée pour cause de conditions humides et meubles) et il est évident que le sol nu et irrégulier a favorisé une infiltration plus importante des eaux de pluie. Climat ou Catastrophes Naturelles : Cet éboulement s'est produit au cours d'un hiver où le pays a enregistré des précipitations exceptionnellement importantes. Les niveaux des eaux souterraines de l'aquifère calcaire voisin avaient dépassé le plus haut niveau enregistré depuis 1935. Les précipitations annuelles pour l'année 2000 ont dépassé de près de 150% la moyenne sur les dix dernières années. Tout porte aujourd'hui à croire que ce type d'intempéries exceptionnelles est une conséquence du réchauffement de la planète, un phénomène inconnu il y a encore peu de temps. Les études suggèrent une tendance de l'Europe du Nord à enregistrer de plus en plus de précipitations, ces dernières ayant augmenté de 10 à 40 pour-cent au cours du siècle dernier (Référence Clé : The European Acacia Project Report : Assessment of Potential Effects and Adaptations for Climate Change in Europe, 2000, University of East Anglia). Réévaluation de la Vulnérabilité et des Risques (précédemment entreprise à la Phase de Conception au point A6) Ces derniers restent généralement inchangés, même si la dépendance à l'égard de l'autoroute au cours de la période d'intervention, à un niveau local et national, augmente le degré de vulnérabilité. Santé et Sécurité des usagers de l'autoroute et des routes locales – vulnérabilité accrue en raison de la perte de la bande d'arrêt d'urgence et de la nécessité de rétrécir les voies de circulation et limiter la vitesse jusqu'à l'achèvement des travaux de réparation. Il existait également un risque de coulée de boue pouvant se répandre sur la chaussée pendant cette période.
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Hydrogeology: while the presence of groundwater (and its movement) through this area is critical in assessing the stability risk no significant change to the understanding (from Conception stage) was revealed by the recent investigations. Material Characteristics/Performance: while the knowledge base has been improved through an array of good quality testing the results have not materially changed the original understanding. However, increased confidence in the material characteristics (combined with back analysis of the failure) and ground model have made it possible to use less conservative Factors of Safety in remedial design analysis. Engineering Understanding: in view of the importance of this failure a high level of expertise was applied to the problem. In addition, the knowledge base is much improved (compared to the 1970's) and powerful tools are available with which to model and analyse the problem. The knowledge and reporting of the tectonic shear surfaces in similar geological setting has only evolved since the 1980's. Influence by Man: the construction of this motorway cutting, and its return to agricultural use, was clearly the principle influence by man. Since that time, the land has been used for grazing; the only known change is that only a few months before this failure occurred the farmer ploughed the land in preparation for re-seeding. This operation was never completed (delayed because of the wet and soft conditions) and it is clear that the bare and uneven ground would have allowed increased rainfall infiltration. Climate or Natural Disasters: This failure occurred during a winter when the country experienced exceptionally heavy rainfall. Groundwater levels in the nearby chalk aquifer were seen exceed the maximum level of records begun in 1935. The annual rainfall for the year 2000 was approximately 150% above the average for the last ten years. There are now indications that exceptional weather events such as this are as a consequence of Global Warming, a phenomena unknown until very recently. Studies suggest a trend of Northern Europe getting wetter, with precipitation increases of between 10 and 40 percent in this century (Key Reference: The European Acacia Project Report: Assessment of Potential Effects and Adaptations for Climate Change in Europe, 2000, University of East Anglia). Reassessment of Vulnerability and Risk (previously undertaken at Conception stage in A6). These remain largely unchanged, although the reliance on the motorway in the intervening period, at a local and national level, increases the level of vulnerability. Health and Safety to the public using the motorway and local roads - increased vulnerability due to loss of hard shoulder and the need for narrow running lanes and speed restrictions until the remedial works were completed. Also, the risk of a mudflow developing and spreading across the carriageway during this period.
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Dégâts supplémentaires, voire perte de deux passages supérieurs et installations routières (y compris système de téléphone d'urgence, chaussée et drainage) – un certain mouvement du sol a été observé derrière la culée en haut de la pente, un soulèvement s'est produit sur une courte portion de la bande d'arrêt d'urgence entraînant la rupture ou l'obstruction des caniveaux. Dégâts causés à des terres et structures appartenant à des tiers, y compris dépendances de chaumières, terres cultivées, clôtures et sentier. Retards/perturbations de la circulation et influence sur le 'Niveau de Service' – avec des largeurs de voies restreintes et limitations de vitesse jusqu'à l'achèvement des travaux de réparation, un encombrement important de la circulation était fréquent aux heures de pointe. Coûts - y compris l'effet des coûts 'directs' (compensations, coûts des travaux de réparation, frais et gestion du trafic pour un total approximatif de 3,5 millions £) sur les budgets et le programme (ce projet avait un impact important sur la programmation et la budgétisation des activités de maintenance dans la région) ainsi que l'effet des 'coûts indirects' sur l'économie de la région sont jugés élevés en cas d'éboulement pendant la construction ou peu après l'ouverture. Environnement et Durabilité - à l'issue des travaux de réparation, le terrain retrouvera un usage agricole, mais sa jouissance sera compromise par l'infrastructure résiduelle (ex. puits de visite du système de drainage, présence de pieux enterrés dans la pente et installations de surveillance). Au cours de la période suivant immédiatement l'éboulement, il était fort probable que l'éboulement pouvait (avec la poursuite des précipitations considérables) se transformer en une coulée de boue importante, avec un risque significatif pour la route et les usagers de la route en bas de la pente, ainsi que pour les terres et biens appartenant à des tiers en haut de la pente. Étant donné les vulnérabilités à cet endroit, le risque consécutif a été jugé suffisamment élevé pour que les travaux soient une priorité absolue pour toutes les parties concernées. Les mesures utilisées pour atténuer ce risque comportaient les éléments suivants. Des alarmes et instruments de surveillance ont été immédiatement installés à la survenance de l'éboulement et un plan d'urgence détaillé a été rapidement développé pour contrôler la situation et, si nécessaire, détourner la circulation. Des systèmes de surveillance ont également été installés en cas d'aggravation de l'éboulement. Les travaux d'investigation, de conception et de réparation en partenariat (entre la Highways Agency, l'Agent de Maintenance et un Entrepreneur Spécialisé) ont été accélérés en vue de leur achèvement en décembre 2001 au plus tard, période où de nouvelles précipitations entraîneraient inévitablement d'autres mouvements. L'analyse et l'observation du site ayant montré que la pente était très peu stable et hautement sensible aux niveaux des eaux souterraines, les travaux de réparation ont été minutieusement programmés pour minimiser le risque de nouveau mouvement de terrain important. Une consultation approfondie avec les propriétaires terriens et l'ensemble des organismes de droit public dont les terres/biens ou activités peuvent être influencés par les travaux (services d'urgence compris). AIPCR
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Further damage or even loss of two span over bridge and road services (including emergency telephone system, pavement and drainage) - some ground movement was observed behind the upslope abutment, heave did occur to a short section of the hard shoulder and drainage runs became broken or blocked. Damage to land and structures owned by others, including cottage outbuildings, farmland, fences and a bridle path. Delays/disruption to traffic and influence on the 'Service Level' - with restricted lane widths and speed restrictions until the completion of remedial works significant traffic congestion was a frequent occurrence during peak periods. Costs, including the effect of the 'direct' costs (compensation events, remedial works costs, fees and traffic management totalled approximately £3.5M) on budgets and programme (this project had a serious impact on programming and budgeting of maintenance activities in the area) as well as the 'indirect costs' to the economy of the region is considered high if a failure had occurred during construction or shortly after opening. Environment and Sustainability: once the remedial works are completed, the land will be returned to agriculture, but its uses will be compromised by the residual infrastructure (i.e. drainage inspection chambers, the presence of piles buried in the slope and monitoring installations). In the period shortly after the failure occurred, there was a high probability that the failure could (with continuing high rainfall) develop into a large mudflow, with significant risk to the road and road users down slope, as well as to land and property owned by others upslope. Given the vulnerabilities at this location the consequential risk was considered to be sufficiently high that the works took maximum priority for all parties involved. The measures used to mitigate against this risk included the following:
Alarms and monitoring instrumentation were immediately installed when the failure occurred and a detailed contingency plan was quickly developed to control the situation and, if necessary, to divert traffic. Monitoring systems were also installed in case the failure became more extensive. Fast track the investigation, design and remedial works as a partnership (between the Highways Agency, the Maintaining Agent and a specialist Contractor) so that they would be completed by December 2001 when further wet weather would inevitably lead to further movements. As both the analysis and on site observation showed that the slope was marginally stable and highly sensitive to groundwater levels, the remedial works were carefully programmed to minimise the risk of further significant ground movement. Full consultation with landowners and all statutory bodies whose land/property or activities may be influenced by the works (including emergency services).
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Les travaux de réparation ont été conçus pour offrir un facteur de sécurité d'au moins 1,2 sur une vie nominale de 60 ans (d'après des connaissances géologiques et techniques de haut niveau). Cette augmentation de 20% de la stabilité a été obtenue en utilisant des pieux et systèmes de drainage, comme suit : • • • •
pieux de 16 m de long, 1050 mm de diamètre espacés de 2500 mm le long de la pente principale ; pieux de 9 m de long, 310 mm de diamètre espacés de 750 mm sous le Pont Flower Lane ; installation d'une tranchée drainante profonde en haut de la pente de l'escarpement arrière ; installation d'un système de drainage au pied de la pente et de drainages profonds à contreforts sur le bas de la pente.
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The remedial works were designed to give a factor of safety of at least 1.2 over a design life of 60 years (based on a high level of geological and engineering knowledge). This 20% increase in stability was achieved by using a combination of piling and drainage, as follows: • • • •
16m long, 1050mm diameter piles installed at 2500mm centres through the main slope 9m long, 310mm diameter piles installed at 750mm centres beneath Flower Lane Bridge Installation of a deep cut-off drainage trench upslope of the back scarp Installation of drainage at the slope toe and deep counter fort drains in the lower slope.
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C2. Une surveillance sera également employée pour contrôler l'effet des travaux de réparation. Cette surveillance sera effectuée à l'aide des instruments installés lors de l'investigation du site (ou leurs remplacements selon le cas), ainsi que quatre pieux équipés d'inclinomètres et de jauges de contrainte à corde vibrante. Une partie de ces données sera également utilisée dans le cadre d'une étude conduite par le Transport Research Laboratory (pour la Highways Agency) sur l'utilisation de pieux pour stabiliser les pentes. C3. Un Rapport de Retour d'Informations Géotechniques fait désormais partie des exigences des procédures routières britanniques de manière à s'assurer de l'existence d'archives complètes et efficaces pour ce type de travaux. De plus, un examen est en cours pour analyser les conclusions de cet évènement particulier en évaluant les zones du réseau potentiellement vulnérables et à risques, telles que les zones de géologie similaire et de morphologie similaire ou plus marquée. (Remarque : certains signes montrent que des zones similaires font actuellement l'objet de contraintes). Cet exemple démontre notamment l'importance d'une approche à long terme et proactive de la gestion de cet 'Actif Géotechnique' majeur, associée à : • • • • •
un transfert efficace des connaissances entre chaque phase de la durée de vie totale d'une route ; des inspections d'état appropriées et opportunes ; une évaluation des dangers potentiels ; une connaissance des zones de vulnérabilité ; l'application d'un cycle de maintenance basé sur les risques (et hiérarchisé) visant à s'assurer de la préservation de 'l'État de Viabilité' requis de la route.
En cherchant à améliorer la qualité de la gestion des actifs géotechniques du réseau de routes principales en Angleterre, la Highways Agency met actuellement en œuvre : • • • •
une Inspection et des Rapports d'État de meilleure qualité ; un Système de Gestion des Données Géotechniques ; un soutien de la production d'informations de recommandation sur l'évaluation et la réparation des terrassements ; une étude de l'application des techniques d'évaluation à distance de l'état des terrassements.
Construction des pieux de 1050 mm de diamètre (septembre 2001) AIPCR
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C2. Monitoring will also be used to check the performance of the remedial works. This will be undertaken using instrumentation installed during the site investigation (or their replacements) as appropriate, as well as four piles instrumented with inclinometers and vibrating wire strain gauges. Some of this data will also be used in a research contract being undertaken by the Transport Research Laboratory (for the Highways Agency) on the use of piles to stabilise slopes. C3. A Geotechnical Feedback Report is now a UK highways procedural requirement so as to ensure that there is a full and effective record of all such works. In addition, a review is underway to consider the findings from this particular event in assessing areas of the network potentially vulnerable and at risk e.g. areas in similar geology and similar (or more severe) morphology. (Note: there are indicators of similar areas being under stress). What stands out from this example, is the importance of a long term and pro-active approach to the management of this important 'Geotechnical Asset' linked with: •
Effective transfer of knowledge between each stage in the whole life of a highway
• • • •
Appropriate and timely condition surveys Appreciation of the potential hazards Knowledge of the areas of vulnerability Application of a risk based (and prioritised) cycle of maintenance to ensure that the required 'Serviceability State' of the highway is maintained
In seeking to improve the standard of geotechnical asset management of the trunk road network in England, the Highways Agency are in the process of implementing: • • • •
An improved standard of Condition Inspection and Reporting A Geotechnical Data Management System Supporting the production of advisory information on appraisal and remediation of earthworks Researching the application of remote assessment techniques to earthwork condition and appraisal.
Constructing the 1050 mm Piles (September 2001) PIARC
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Exemple 2 : Coulée de roches détritiques, Pissot, autoroute fédérale de Lausanne – Simplon, Suisse Résumé de l'incident Le 13 août 1995, aux alentours de minuit, une soudaine coulée de roches détritiques s'est produite dans le ruisseau Pissot, suite à de très violentes précipitations dans ce bassin hydrographique montagneux très abrupt. Le matériau fluide (environ 50 000 m3) a coulé de la rigole suspendue construite pour traverser l'autoroute et s'est déversé sur la chaussée. Plusieurs voitures sont entrées en collision avec la masse de roches détritiques. Par chance, aucune victime n'a été déplorée. L'autoroute a été coupée pendant 2 jours, détournant l'ensemble de la circulation de l'axe du Simplon à travers la ville de Montreux. A la conception de cette autoroute (à la fin des années soixante), le danger de coulée de roches détritiques n'a pas du tout été envisagé. Seul un débit maximal d'eau a été pris en compte pour le calcul des dimensions de la rigole. Après l'incident, un très grand bassin a été creusé pour retenir les sédiments en amont de l'autoroute. A. Conception A1 : À cette époque, le phénomène de coulée de roches détritiques était connu des géologues mais était très peu pris en compte par les ingénieurs des ponts et chaussées. Les concepteurs n'ont pas pensé à ce problème lors de la préparation du projet. Ils ont adopté une approche classique, à savoir évaluer le débit maximal d'eau pour calculer les dimensions de la section de la rigole. Dans le cas présent, l'autoroute traverse le ruisseau avec une profonde tranchée dans le cône alluvial et la rigole est suspendue au-dessus de l'autoroute. La prise de conscience de la vulnérabilité des ouvrages de travaux publics s'est largement développée suite aux inondations de 1987 qui ont dévasté de nombreuses régions des Alpes. L'incident d'octobre 2000 a récemment rappelé les effets dévastateurs de ces risques naturels. A2 : Coulée de roches détritiques. Elle résulte d'une vulnérabilité géologique du bassin hydrographique et de précipitations estivales très violentes. Le contexte géologique est tout à fait clair : un escarpement calcaire très haut accumule un important rideau de roches détritiques à son pied. Ce matériau recouvre des régolites de marne de la couche rocheuse inférieure et des dépôts de till. Plusieurs ruisseaux temporaires drainent cette pente abrupte et développent des cônes alluviaux abrupts du côté du Lac de Genève. A3 : Ce type d'incident est très soudain et il est difficile d'installer un système d'alarme lorsque la probabilité de survenance est faible. Dans le cas de Pissot, rien n'a été fait parce qu'un tel incident n'était pas prévu. A4 : Une analyse de probabilité a été effectuée uniquement pour l'écoulement des eaux (analyse du débit de crue). Quant à la coulée de roches détritiques, l'étude historique conduite après l'incident montre qu'une coulée plus ou moins similaire avait lieu une fois par siècle. Des incidents moins graves avaient lieu tous les 10 à 20 ans. La cartographie géologique des roches détritiques du bassin hydrographique et la pente du cône montrent que ce type de transport de sédiments est le principal mouvement sur ce site.
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Example 2: The Pissot debris flow, federal highway Lausanne – Simplon, Switzerland Summery of the event : On August 13th 1995, at about midnight, a sudden debris flow occurred in the Pissot creek, due to a very intense rainfall into the very steep mountainous catchment. The fluid material (about 50'000 m3) left the perched channel built to cross the highway and invaded the road. Some cars collisionned the debris mass. By chance there was no fatality. The highway was cut during 2 days, diverting all the traffic of the Simplon axis through the city of Montreux.
At the time of conception of this highway (end of the years sixties), the debris flow hazard was not at all considered. Only a peak discharge of water was taken into account for the dimensioning of the channel. After the event, a very large basin was excavated in order to retain sediments upwards the highway. A.
Conception
A1 : At this time, the debris flow phenomenon was known by geologists but the conscience of them was not very important in the field of road engineers. The designers did not think to this problem as they prepared the project. They approach was a classical one which is the assessment of peak water discharge for the dimensioning of the section of the channel. In this case, the road crosses the creek with a deep trench in the alluvial cone and the channel is perched over the motorway. The conscience of the vulnerability of civil works improved very efficiently after the flood events of 1987 which devastated many regions of the Alps. The event of October 2000 recalled recently the strong effects of these natural hazards. A2 : Debris flow. It results of a geological vulnerability of the catchment and a very intense summer rainfall. The geological setting is completely clear : a very high cliff of limestones accumulates an important sheet of debris at its feet. This material is overlying marl regoliths of the inferior rock layer and till deposits. Several temporary creeks drain this steep slope and develop steep alluvial fans on the side of Lake of Geneva. A3 :This type of hazard is very sudden and it is difficult to install an alert system in the cases where the probability occurrence is low. In the case of Pissot, nothing was done because such an event was not considered. A4 : Probability analysis was made only for flow of water (flood discharge analysis). About debris flow, the historical study made after the event show that a more or less similar flow occurred one time each century. Smaller events occurred every 10 to 20 years. The geological cartography of the debris in the catchment and the slope of the fan show that this kind of sediment transport is the principal one at this site.
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A5 : La qualité de l'expertise des ingénieurs des ponts et chaussées était à l'époque insuffisante. A6 : Ce point doit en fait être traité à la phase C. Vulnérabilité : A : Santé et sécurité des personnes : oui, par chance, aucune victime n'est à déplorer dans ce cas, mais certaines personnes auraient pu être tuées ou ensevelies si elles étaient arrivées un peu plus tôt à cet endroit de la route ou si la coulée avait eu lieu à une heure de circulation plus dense. B : Dégâts causés à la structure de la route : en fait pas si importants. Les dégâts se sont concentrés dans la zone de la rigole et ses alentours. Les structures autoroutières mêmes n'ont pas trop souffert. C : Dégâts causés à des biens de tiers : oui, notamment les vignobles et leurs infrastructures, ainsi qu'une zone industrielle au pied du cône (par chance, un dépôt d'hydrocarbures n'a pas été sévèrement touché) ; mais le service autoroutier n'était pas responsable de ce type de dégâts lorsqu'ils survenaient en amont de la route. En aval de l'autoroute, la situation est plus complexe. D : Perturbation de la circulation : les deux axes autoroutiers étaient recouverts de boue et de blocs de pierres. Le trafic a été interrompu pendant deux jours. E : Coûts directs : ils portent principalement sur la reconstruction de la rigole et la création du bassin. Coût approximatif : 15.000.000 $US. Les coûts indirects sont difficiles à évaluer. Ils portent principalement sur la difficulté à accéder à son lieu de travail en raison de la route coupée. Je ne pense pas qu'ils aient été calculés. F : Impact sur l'environnement : comme indiqué au point C, cet incident n'a pas eu d'impact environnemental majeur mais la situation aurait pu être différente. Par exemple, si le bloc de 60 m3, qui s'est arrêté au bout de la rigole traversant la route, avait heurté l'important dépôt d'hydrocarbures. A7 : Cette autoroute revêt une très grande importance, comme indiqué dans l'introduction. Elle correspond à l'axe transversal nord – sud des Alpes de l'ouest de la Suisse (environ 35.000 véhicules par jour). L'autre route entre la montagne et le lac est complètement urbaine et ne permet pas un transfert intense du trafic. A8 : Propositions d'atténuation. Ce point doit en fait être traité à la phase C. Les mesures d'atténuation ont porté sur la reconstruction de la rigole et la création d'un grand bassin de sédimentation vers la partie supérieure du cône. A9 : Ce point doit en fait être traité à la phase C. Les travaux effectués suite à l'incident ont été très importants, notamment le bassin de sédimentation. Le risque résiduel peut désormais être jugé négligeable.
B. Construction La construction n'a rien changé au fait que ce type d'incident n'était pas envisagé pour ce site. Des travaux ont été effectués à proximité directe de l'autoroute, mais aucune observation n'a été conduite dans le bassin hydrographique.
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A5 : The quality of expertise in the world of road engineers was insufficient at this time. A6 : In fact, this item should be treated in the C phase. Vulnerability : A: Health and safety to people : yes, by chance not in this case but some people could be killed or ensured if they arrived a bit sooner at this point of the road or if the flow would happen in moment of heavier traffic. B: Damage to the road structure : effectively not so high. Damage was concentrated in the zone of the channel and around it. The motorway structures themselves did not much suffer. C: Damage to other’s properties : yes, especially vineyards and their infrastructures and an industrial zone at the foot of the fan (by chance a petroleum storage plant was not severely touched) ; but motorway service was not responsible of this kind of damages when they occurred upwards the road. Downwards the motorway, the situation is more complex. D: Interruption of the service function of the road : the two axes of the motorway were filled by mud and blocs. Traffic was interrupted during two days. E: Direct costs : it is mainly the reconstruction of the channel and the creation of the basin. Approximate cost : US$ 15'000'000. Indirect cost is difficult to assess. It is mainly the difficulty to get his working place due to the interruption of the road. I do not think it has been calculated. F: Environmental impact : as mentioned under C, there was no important environmental issue due to this event but it could be different. For example if the bloc of 60 m3, which stopped at the end of the channel crossing the road, would collisionned the big hydrocarbon storage plant. A7 : The importance of this motorway is very high, as mentioned in the introduction. It corresponds to the North – South transverse of the Alps of western Switzerland (about 35'000 vehicles per day). The other road between mountain and lake is completely urban and do not allow an intense transfer of the traffic. A8 : Mitigation proposals. Should be treated in fact in the C-phase. The mitigation measure was the reconstruction of the channel and the creation of a large sediment basin upwards the top of the fan. A9 : In fact should be treated in the C-phase. The works carried out after the event are very powerful, especially the basin for sedimentation. The residual risk can now be considered as negligible.
B.
Construction
Construction did not change anything in the fact that this kind of event was not considered in this site. Works were done in the direct vicinity of the highway but no observation were performed in the catchment.
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C. Exploitation C1 : À l'issue de cet incident, un très important bassin a été créé en haut du cône. La rigole a été entièrement reconstruite et ses parois ont été surélevées. Nous pouvons aujourd'hui juger le risque résiduel totalement négligeable. Mais certains sites similaires, qui n'ont pas connu d'incident, n'ont bénéficié d'aucune amélioration de la sécurité. C2 : Aucune surveillance n'est nécessaire après la construction de l'énorme bassin de rétention. Le volume des sédiments est contrôlé par simple observation humaine. Ce bassin doit être vidé mécaniquement en cas d'accumulation de sédiments. C3 : L'incident de Pissot a été riche en enseignements quant à la prise de conscience réaliste de la vulnérabilité du réseau routier. Si cette autoroute était construite aujourd'hui, les ingénieurs de conception ordonneraient une expertise du site spécialement à cette fin. Et un bassin serait construit, peut-être pas aussi grand que celui construit dans le contexte du stress psychologique causé par l'incident.
Exemple 3 : Cas de glissement de terrain de Vouneuil, France Le cas décrit se situe au stade « exploitation » (cas C). A1 – A2 1 - Présentation La route départementale RD 749, à un kilomètre au Sud-Est de Vouneuil-sur-Vienne, passe sur le versant rive droite de la Vienne. Ce versant est connu depuis de nombreuses années pour un glissement lent qui se traduit par des désordres plus ou moins importants dans les habitations et par des déformations ou ruptures brutales de la RD 749, plus localisées, sur une trentaine de mètres de longueur, largement tributaires de la pluviométrie. Une étude géotechnique engagée en 1986 et une instrumentation sommaire ont permis d’apprécier le comportement du versant localement au droit de la RD 749. Il a été mis en évidence deux glissements (voir annexe 1) : •
l’un lent et profond, probablement très ancien, qui affecte le versant et provoque des déformations de la RD 749 sur 500 m de longueur environ,
•
l’autre plus superficiel, localisé sur une cinquantaine de mètres de la route départementale sur un ancien thalweg, qui se manifeste par des déformations et des ruptures souvent brutales.
Le contour du glissement profond n’est qu’indicatif. Il est estimé à partir d’observations visuelles faites sur le terrain. Pour établir le contour avec certitude, il faudrait mettre en place une instrumentation à base de tubes inclinométriques répartis sur la zone probable de mouvements et suivant des profils en travers de la RD 749, avec un suivi sur plusieurs mois ou années.
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C.
Operation
C1 : After the event, a very large basin was created at the top of the fan. The channel was entirely rebuilt and its walls made higher. Now, we can consider that the residual risk can be completely neglected.. But some similar sites, in which no event occurred, did not receive any security improvements. C2 : No monitoring is necessary after the building of the huge retention basin. The volume of sediments is controlled by simple human observation. This basin must be emptied mechanically if sediments are effectively accumulated. C3 : The Pissot event was a good education for the a realistic conscience of the vulnerability of the road system. If this highway would be constructed now, the conception engineers would command an expertise of the site specifically for this purpose. And a basin would be built, perhaps not so huge as the one which was constructed with the psychological stress of the event.
Example 3: Cas de glissement de terrain de vouneuil, France This case study describes the operational stage ( stage C). As mentioned above, in this case study it is appropriate to respond to items A1 to A9 of the survey framework before responding to items C1 to C3. A1 – A2 1 - Introduction One kilometer south east of Vouneuil-sur-Vienne, the RD 749, passes by the right bank of the Vienne river. For many years, this bank has been known for its slow land subsidence which translated into land deformations which are reasonably significant for local dwellings and by the more localised and severe deformations on the RD749. These deformations are more that 30 metres in length and largely attributable to rainfall. An understanding of the behavious of the local right face of the RD 749 was developed following a 1986 geotechnical study including basic measurements Two Landslips were revealed. •
one slow and deep, probably very old, which effected the face, and caused deformation of the RD 749 along approximately a 500m length,
•
the other more superficial, over a localised 50 m section of road on an ancient thalweg resulting in severe deformation and break-up of the road.
The profile depth of the deeper landslip is purely indicative, estimated using insitu visual estimation. In order to establish the contour profile with certainty it was necessary to install an instrument based on inclometric tubes across the probable movement zone and aligned to the contour of the RD 749, regularly monitored up over several months or years.
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2 - Contexte géotechnique 2.1 - Situation Le versant se situe en rive droite de la Vienne, entre Vouneuil-sur-Vienne et BonneuilMatours, à proximité du lieu-dit Haut Villiers. La Vienne forme un méandre important à l’Est en direction du versant au droit du glissement. La RD 749 passe au milieu du versant dont la plus grande pente, sur la partie en direction de la Vienne, est de l’ordre de 10 %. La tête du versant est représentée par un vaste plateau boisé, approximativement horizontal. 2.2 - Géologie du site Le plateau où est taillée la vallée de la Vienne est géologiquement complexe et est constitué de bas en haut, sur une centaine de mètres de hauteur, par (figure 1) : • • •
le Cénomanien représenté en partie inférieure par des argiles et des sables (C1-2a) et en partie supérieure par des marnes (C1-2b), le Turonien, sous forme de craie blanche tendre (C3a) en partie inférieure et de craie blanche micacée (C3b) en partie supérieure, les formations Tertiaires, représentées par une formation lacustre à prédominance marneuse (e7b-g1M) et les sables et argiles de surface (p).
Figure 1 - Géologie du site (L : 1/50 000, H : 1/10 000).
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2 – Geotechnical Situtation 2.1 - Location The face is situated on the right bank of the Vienne, between Vouneuil-sur-Vienne and Bonneuil-Matours close to lieu-dit Haut Villiers. The Vienne has a pronounced meanders to the east, towards the bank and right of the landslip. The RD 749 cuts the middle of the bank, with the greatest slope, ( travelling in the direction of Vienne) is in the order of 10%. At the top of the face is a vast approximately horizontal wooded plain. 2.2 – Site Geology The valley of the Vienne was built on a plateau with complex geology approximately 100m deep from the bottom up, see (figure 1) : • Cenomanian strata is made up of clays and of sands (C1 – 2a) and the top strata is made of marl (c1 – 2b) • Turonian strata, the bottom portion is white chalk (C 3a) and the top portion is white mica coloured chalk • the Tertiary formation, is made up of a lacustrine predominantly marl ( e7b-g1M) formation with sand and clay at the surface (p).
Deep failure
Figure 1 – Site Geology (L : 1/50 000, H : 1/10 000)
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Dans le méandre rive droite, la Vienne a taillé une paroi quasi verticale de 10 m de hauteur environ dans les marnes compactes. La vallée de la Vienne est constituée d’une couche d’alluvions anciennes (Fy) de sables, graviers et galets et d’alluvions actuelles (Fz) de limons et argiles. Le substratum profond est représenté par le calcaire de l’Oxfordien supérieur (j6b). 2.3 - Résultats des sondages et essais en place Le sondage T1, réalisé au bord de la RD 749 dans la zone de désordres, met en évidence une hauteur de remblai de 3,70 m. Les différents sondages montrent que la marne est recouverte par une couche d’argile de 5 à 12 m environ d’épaisseur, avec localement des passages de sable plus ou moins argileux dont les épaisseurs sont comprises entre 1 et 2 m. Les résultats pressiométriques dans le remblai routier peuvent se résumer ainsi : la pression limite est comprise entre 0,3 et 1 MPa pour un module pressiométrique de 2,5 à 8,5 MPa. Dans les argiles marneuses sous-jacentes, la pression limite varie de 0,26 à 0,62 MPa pour des modules pressiométriques de 3,5 à 10 MPa. 2.4 - Hydrogéologie et pluviométrie Des infiltrations d’eau se sont produites en cours de forage, suivies d’une remontée. La figure 2 donne le niveau de nappe de la fin 86 au début 88, compté à partir du terrain naturel, dans les forages équipés de tubes piézométriques.
07/07/86 0,00
15/10/86
23/01/87
03/05/87
11/08/87
Infiltrations
Date 27/02/88 T1
2,00 Niveau piézométrique (m/TN)
19/11/87
T2 T3
4,00
T4 6,00 T5 8,00
T6 T7
10,00
T8 12,00
Figure 2 - Mesures piézométriques.
AIPCR
. 88 . 12.13.B - 2004
At the right river meandre, the Vienne has etched a verticle face 10m high within the compacted marl. The Vienne valley was formed from layers of ancient alluvial layers of sand, gravel and pebbles and recent silts and clays. The deep upper stratum is represented by Oxfordian calcium (j6b). 2.3 - Insitu trials and survey results The survey (T1) undertaken at the edge of the RD 749 in the deformation zone revealed an embankment 3.7 m high. The different surveys revealed that the marl is covered by a layer of clay 5 to 12 m thick, with localised pockets of clay sand whose thickness is between 1 and 2 m. The pressure meter results of the road embankment can be summarised as follows: the limit pressure is between 0.3 and 1 MPa for a modulus of 2.5 and 8.5 MPa. For the underlying marl like clays the limit pressure varies between 0.26 and 0.62 MPa for a modulus of 3.5 to 10 MPa. 2.4 Hydrogeology and rainfall Water infilltration occurred during the drilling, followed by rising water. Figure 2 shows the level of the water table at the end of 1986 and beginning of 1988, measured from the natural ground level, in piezometers.
07/07/86 0,00
15/10/86
23/01/87
03/05/87
11/08/87
Infiltrations
Date 27/02/88 T1
2,00 Niveau piézométrique (m/TN)
19/11/87
T2 T3
4,00
T4 6,00 T5 8,00
T6 T7
10,00
T8 12,00
Figure 2 - Piezometric measurements
PIARC
. 89 . 12.13.B - 2004
Il est à noter que ce sont les piézomètres T1 et T7 qui ont connu la plus forte montée de la nappe (4,80 et 4,50 m respectivement) avant le glissement de début 88. La pluviométrie, sous forme de précipitations mensuelles en fonction du temps pour la période 1987 et 1988, ainsi que la moyenne trentenaire 1961-1990, sont données par la figure 3. 160
Précipitation mensuelle (mm)
140
1987 1988
120
moyenne 1961-1990
100 80 60 40 20 0
jan
fév
mar
avr
mai
jun
jul
aoû
sep
oct
nov
déc
Figure 3 - Précipitations mensuelles de 1987 et 1988, et moyenne trentenaire.
Cette période concerne la rupture de la RD 749 qui s’est produite fin janvier 1988, avec une précipitation mensuelle de 140 mm. 2.5 - Essais en laboratoire • Teneurs en eau Des teneurs en eau ont été réalisées pratiquement tous les mètres dans les sondages : -
dans les formations au-dessus de la marne : la teneur en eau moyenne est de 26 % (mini 5 % et maxi 80 %) ; dans la marne : la teneur en eau moyenne est de 36 % (mini 20 % et maxi 60 %).
• Limites d’Atterberg Il a été réalisé trois limites d’Atterberg (tableau 1). Tableau 1 - Limites d’Atterberg. Sondage T1 T2 T7
Profondeur (m) 6,50 5,50 4,50
wL (%) 59 104 62
IP (%) 37 54 38
IC >1 0,78 1
Sol Argile très plastique, très ferme Argile très plastique, ferme Argile très plastique, très ferme
Les sols sont donc identifiés en argile très plastique de consistance ferme à très ferme.
AIPCR
. 90 . 12.13.B - 2004
It should be noted that the piezometers T1 to T7 showed the most significant increase in the water table (from 4.8 and 4.5 m respectively ) before the landslip at the beginning of 1988. The rainfall measured as monthly totals between 1987 and 1988, compared to the thirty year monthly average 1961 to 1990 is shown in figure 3. 160
Précipitation mensuelle (mm)
140
1987 1988
120
moyenne 1961-1990
100 80 60 40 20 0
jan
fév
mar
avr
mai
jun
jul
aoû
sep
oct
nov
déc
Figure 3- Monthly total rainfall between 1987 and 1988 and the thirty year monthly average.
This period relates to the break up of the RD 749 which happened at the end of January 1988 following a monthly total precipitation of 140mm. 2.5 - Laboratory Trials • Water Content Water content was measured for practically every meter of the survey. - in the formations above the marl the average water content was 26% (min 5% and max 80%) - within the marl the average water content was 36% (min 29% and max 60%) • Atterberg Limits Three Atterberg limits were measured. Table 1 – Atterberg Limits Survey T1 T2 T7
Depth (m) 6,50 5,50 4,50
wL (%)
IP (%)
IC
Soil
59 104 62
37 54 38
>1 0,78 1
Highly plastic clay, very firm Highly plastic clay, firm Highly plastic clay, very firm
The soils are therefore identified as highly plastic clay, with a consistency of firm to very firm.
PIARC
. 91 . 12.13.B - 2004
• Granulométrie Il a été réalisé deux granulométries sur les sables : - en T1 à 6,00 m de profondeur : sable identifié en sable argileux, - en T4 à 4,50 m de profondeur : sable identifié en sable propre mal gradué. • Poids volumique Entre 0 et 8 m de profondeur en SC1, le poids volumique apparent est pratiquement constant et est de l’ordre de 20 kN/m3. • Indice des vides Entre 0 et 8 m de profondeur en SC1, l’indice des vides est compris entre 0,5 et 0,6. • Degré de saturation En SC1, le degré de saturation varie de 0,6 à 1 de 1,50 à 5 m de profondeur environ. • Essais de cisaillement Les essais de cisaillement à l’appareil triaxial de type CU (« consolidé -non drainé ») sur les échantillons intacts prélevés en SC1 ont donné les résultats suivants : à 1,50 m : ϕCU = 24° et c’ = 28 kPa, à 3,20 m : ϕCU = 24° et c’ = 28 kPa, à 5,10 m : ϕCU = 26° et c’ = 19 kPa. A3 COMPORTEMENT DU VERSANT Le déplacement horizontal au droit de la RD 749 a été mesuré, sur deux périodes, à l’aide de tubes inclinométriques. 1 - Mesures de 1986 à 1988 Le tube inclinométrique I11 a été suivi du 28/08/86 au 24/11/87, avant le glissement de février 1988 qui a rendu le tube hors d’usage. La courbe de déplacement horizontal mesuré sur cette période (figure 4) montre deux surfaces de glissement : - l’une à 11 m de profondeur, - l’autre à 6,50 m de profondeur.
AIPCR
. 92 . 12.13.B - 2004
• Granulometry Two granulometric tests were conducted on the sands. -
- T1 at 600 m depth: the sand was identified as clayey sand T4 at 4.50m depth: the sand was identified as poorly sorted sand.
• Volumetric weight Between 0 and 8 m depth at SC1, the measured volumetric weight was practically constant and in the order of 20 kN/m3. • Voids Index Between 0 amd 8 m depth at SC1, the voids measured between 0.5 and 0.6. • Degree of staturation At SC1, the degree of saturation varied between 0.6 and 1 from 1.5 to 5 m depth approx. • Shear test The CU (consolidated undrained) triaxial shear test on the intact samples gave the following results: from 1.50 m : ϕCU = 24° and c’ = 28 kPa, from 3.20 m : ϕCU = 24° and c’ = 28 kPa, from 5.10 m : ϕCU = 26° and c’ = 19 kPa. A3 SLOPE BEHAVIOUR The horizontal displacement on the right side of the RD 749 was measured, twice, using inclinometers. 1 - Results for 1986 to 1988 The inclinomaters I11 was observed between 28/08/86 and the 21/11/87, before the February 1988 landslip put the inclinometer out of service. The horizontal displacement curve measured during this period (figure 4) shows two landslip surfaces. - at 11 depth and -.at 6.5 m depth
PIARC
. 93 . 12.13.B - 2004
Déplacement horizontal (cm) 0,00 0
0,50
1,00
1,50
2 4 6 8 10 12 14 16 Profondeur (m)
Figure 4 - Déplacement horizontal en I11, du 28/08/86 au 24/11/87.
Le tube inclinométrique I2 a été suivi durant la même période. En février 1988, il était hors d'usage et montrait une surface de glissement vers 9,50 m de profondeur. 2 - Mesures de 1992 à 1995 Un nouveau tube inclinométrique I12 a été posé le 15/09/92, à côté du tube I11 hors d’usage. La figure 5 donne le déplacement horizontal jusqu’au 19/12/95, date à partir de laquelle les mesures sont devenues impossibles en raison de l’amplitude du déplacement. La courbe confirme un glissement profond vers 11 m de profondeur, mais elle ne montre pas, sur cette période, le glissement superficiel vers 6,50 m de profondeur. Déplacement horizontal (cm) 0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16
18/08/93
11/01/94
19/12/95
18 20 Profondeur (m)
Figure 5 - Déplacement horizontal en I12, du 15/09/92 au 19/12/95.
AIPCR
. 94 . 12.13.B - 2004
14
Déplacement horizontal (cm) 0,00 0
0,50
1,00
1,50
2 4 6 8 10 12 14 16 Profondeur (m)
Figure 4 Horizontal displacement of I11 from 28/8/86 to 24/11/87
The inclinometre I2 was also observed during this period. In February 1988, it was out of services and showed a landslip surface up to 9.5 m depth. 2 - Results 1992 to 1995 A new inclinometer I12 was installed on the 15/09/92, next to the out of service I11. Figure 5 gives the horizontal displacement up until the 19/12/95, from when the displacement amplitude made measurement impossible. The curve confirmed a landslip of approximately 11m depth, but for the same period did not show a superficial landslip at approx 6.5 m depth. Déplacement horizontal (cm) 0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16
18/08/93
11/01/94
19/12/95
18 20 Profondeur (m)
Figure 5 – Horizontal displacement from I12, 15/09/92 to 19/12/95.
PIARC
. 95 . 12.13.B - 2004
14
3 - Situation du glissement de la RD 749 le 22/3/2001 De nouvelles déformations se sont produites en mars 2001, suite aux pluies abondantes du début de l'année. Le relevé de la trace du glissement sur la RD effectué le 22/3/2001 est donné par la figure 6 et la photographie n° 1. Le glissement intéresse la RD sur une trentaine de mètres de longueur.
Figure 6 - Trace du glissement sur la chaussée de la RD le 22/3/2001 (1/500).
Photographie n° 1 - Trace de l'enrobé rapporté, vue en direction de Châtellerault (photographie du 22/03/2001). AIPCR
. 96 . 12.13.B - 2004
3 - RD 749 Landslip 22/3/2001 New deformations occurred in March 2001 following abundant rainfall at the beginning of the year. The outline of the Landslip on the RD measured the 22/3/2001 is given in Figure 6 and photograph n° 1. The landslip effected the RD over approximately 30 metres in length.
Figure 6 – Outline of the landslip on the RD pavement 22/3/2001 (1/500).
Photograph n° 1 – Outline of road resurfacing , seen in the direction of Châtellerault ( 22/03/2001). PIARC
. 97 . 12.13.B - 2004
A4 La déformation de la chaussée par des mouvements lors d’épisode pluvieux peut être importante et faire courir un risque très grave pour la sécurité des usagers, ainsi qu’en témoigne la photographie n°2 ci-dessous. Toutefois ce type de rupture qui se manifeste brutalement (quelques heures) est relativement rare puisqu’il a été observé en 1988 et n’a pas atteint ce niveau depuis (soit sur près de 15 ans pour l’instant), les seules déformations observées plus souvent correspondant à une modification de l’uni de la chaussée ne mettant pas en péril gravement les usagers de la route (cf : photographie n°1 après réparation de l’enrobé).
Photographie n°2 – Déformation importante apparue en une nuit
On le voit sur la figure 5 ci-dessus, le déplacement horizontal est relativement lent et correspond entre 1992 et 1995 à une moyenne journalière de l’ordre de 0,04mm. Ce mouvement n’est pas saisonnier (non réversible) et présente une forte tendance à évoluer en dehors des paliers de stabilité. Les mouvements verticaux mesurés sont non significatifs et sont expliqués à 50% environ par les variations de température et en partie par les variations de la nappe. Les mouvements verticaux sont cycliques, saisonniers et apparemment sans tendance nette (mouvements réversibles).
AIPCR
. 98 . 12.13.B - 2004
A4 The road pavement deformation following high rainfall could be significant and runs the risk of being a serious safety risk for road users, as demonstrated in photograph 2 below. However this sort of sudden deformation (developing over hours) is relatively rare and has not been this severe since 1988 ( ie: for at least 15 years approximately). The only deformations observed more frequently relate to modifications of the pavement evenness which do not present such a significant safety risk. (see photograph 1 following road resurfacing)
Photo 2 – Significant deformation developed during one night
We can see from figure 5 above, that the horizontal displacement is relatively slow between and corresponds between 1992 and 1995 to a recorded daily average in the order of 0.04 mm. This movement is not seasonal (non- reversible) and presents a strong tendency to move outside stable limits. The measured vertical movement are not significant and 50% can be explained by temperature and ground water table variations. Vertical movements are cyclical, seasonal and apparently without clear trend (reversible movements).
PIARC
. 99 . 12.13.B - 2004
A5 Deux glissements emboîtés causent les désordres. Le glissement profond (environ 11m de profondeur et extension horizontale le long de la route de l’ordre de 500m) met en jeu environ 2 millions de mètres cube de terre, mais est mal connu et nécessiterait un volume d’investigations géotechniques estimé disproportionné à ce jour, pour bien en cerner la géométrie et les mécanismes. On peut constater sur les figures 4 et 5 ci-dessus qu’il cause sans doute l’essentiel des déplacements horizontaux. Un glissement plus superficiel (environ 6,5m de profondeur) est inclus dans le précédent avec une extension horizontale de l’ordre de 30m le long de la route. Il est bien reconnu par différentes investigations géotechniques et on peut y concevoir une confortation efficace pour la stabilisation de la route. Reste cependant que son effet n’est pas apparu perceptible sur la figure 5. On peut penser que le glissement peu profond a un effet plus brutal vis-à-vis des désordres susceptibles d’apparaître compte tenu de sa proximité avec la chaussée, par rapport au glissement profond. Ce point de vue n’est cependant pas complètement étayé. A6 La vulnérabilité peut s’analyser comme suit : A – risque d’accident mortel en cas de rupture brutale si la route n’est pas coupée à temps (cf : photographie n°2), sinon risque d’accident (blessés, matériel) en cas de déformation récente n’ayant pu être réparée à temps ; B – destruction de la chaussée en cas de rupture importante, de toutes façons coût d’entretien très élevé pour réparer à peu près annuellement la couche de roulement. C – les riverains de la route (des maisons sont construites à proximité) ont leur propriété affectée par le seul glissement profond, avec des dégâts importants à la maçonnerie ; D – une remise en état bloque la route 1 ou 2 jours durant lesquels l’allongement de parcours est de 20 kilomètres environ et d’une ½ heure ; E – on peut estimer à environ 15 000 Euros le coût moyen annuel d’entretien de cette section de route (en particulier la réfection des enrobés). On ne dispose pas de l’évaluation du coût indirect des interruptions de trafic sur l’économie locale. Les travaux de confortation entrepris en 2001 (drainage du glissement le plus superficiel) ont coûté environ 60 000 Euros. A7 La RD 749 est une ancienne route nationale très ancienne (au moins séculaire) qui permet de contourner la ville de Poitiers le long d’un tracé à peu près Nord-Sud entre Limoges (Haute Vienne) et Tours (Indre et Loire). Cette route assure un trafic moyen journalier annuel voisin de 5 000 véhicules/jour. Les représentants politiques et économiques locaux considèrent cette liaison comme importante et exercent une pression constante sur le Service gestionnaire pour son maintien en service. AIPCR
. 100 . 12.13.B - 2004
A5 Two connected landslips caused the disorder. The deep landslippage ( approx 11m depth with a horizontal extension along the road in the order of 500 m) included 2 million cubic metres of earth, but was not well understood, and resulted in, it is estimated a disproportionately large number of geotechnical investigations to date, to ensure a good understanding of the geometry and the mechanism. It can be stated that for figures 4 and 5 above that this lanslip caused without a doubt the majority of the horizontal displacement. A more superficial landslippage, (approx 6.5 m depth) is included in the previous landslip with a horizontal extension along the road of approximately 30m. It is well recognised by different geotechnical investigations and you could design effective reinforcement to stabilise the road. Never the less its effects were not visible in figure 5. We could be concluded that a shallow landslip in comparison to a deeper landslip, might have had a more brutal effect, given the visible chaos and considering its proximity to the road pavement. This point of view is however not supported. A6 The analysis of the vulnerability is as follows: A- risk of fatal accident in the case where there is a severe rupture of the pavement but the road is not closed in time ( case f : photo no 2), otherwise accident risk ( wounds, equipment ) in the case when a recent deformation was not repaired in time. B - destruction of the pavement in the case of a significant event, resulting in high maintenance costs to repair annually (approximatley) the road surface. C – the local residents (there are houses very nearby) have their properties effected by a single deep landslip with significant damage to masonry D – road repairs close the road for 1 or2 days increasing the distance travelled by 20 km and travel times by half an hour E - estimated average annual maintenance cost of 15 000 Eur for this section of the road (in particular repairing the bitumen layer). There is no estimate of the indirect costs caused by interrupted traffic on the local economy. The reinforcement works undertaken in 2001 (drainage of the superficial landslip) cost approximately 60 000 Eur. A7 The RD 749 is an ancient national road ( at least one hundred years old) that allows the town of Poitiers to be circumvented along an approximately North South route between Limoges ( Haute Vienne) and Tours ( Indre and Loire). The average annual traffic volume is close to 5 000 cars/day. The local political and economic representatives consider this link important and exert a constant pressure on the operational managers for maintenance to ensure it is in service. PIARC
. 101 . 12.13.B - 2004
Compte tenu de l’allongement de parcours (allongement de distance d’environ 20 km et de temps d’environ ½ heure, avec obligation de passer dans la ville de Poitiers) en cas de coupure et d’un trafic non négligeable, le maintien en service de cette route ne peut être remis en cause. A8 Depuis 1992, une télésurveillance a été mise en place pour surveiller le site en continu avec établissement de seuils d’alerte et possibilité d’alarme. En 2001, des travaux ont été entrepris pour supprimer la cause du glissement peu profond à la suite d’une étude géotechnique détaillée. Les différentes techniques possibles sont passées en revue dans le tableau 3 en examinant leur adéquation au cas du glissement de la RD 749. Tableau 3 - Adéquation des techniques de stabilisation au cas de la RD 749. Technique
Commentaire
Butée de pied
En raison de la forme de la surface de glissement, cette technique n'est pas adaptée Compte tenu de la topographie du site, il n'est pas possible de procéder à un allégement qui aurait de toute façon comme incidence de déstabiliser l'amont du versant Le volume à purger serait considérable et il serait pratiquement impossible de garantir la stabilité en amont durant les travaux Le site ne se prête pas à un adoucissement de la pente par déblai
Allégement en tête Purge totale Reprofilage Substitution totale
Solution inadaptée en raison de la profondeur du glissement qui demanderait un volume considérable de matériaux de substitution et qui poserait le problème de la stabilité en amont durant les travaux Solution inadaptée en raison de la profondeur du glissement
Substitution partielle : bêche, contrefort, éperon, masque Substitution en tête, Solution très coûteuse qui nécessiterait en plus un drainage amont matériau allégé Collecte et canalisation des eaux de surface Tranchées drainantes Drains subhorizontaux
La canalisation des eaux de surface collectées par le fossé en amont est déjà faite, avec une évacuation gravitaire. Cette disposition sera à maintenir en plus de la solution retenue Une tranchée drainante à l'amont du glissement évitera la montée de la nappe dans la zone de glissement et améliorera la sécurité Technique possible mais assez difficile à réaliser en raison de la géométrie du site et dont l'efficacité à moyen ou long terme n'est pas garantie (de petites déformations peuvent compromettre le fonctionnement des drains) Drainages profonds Un drainage par puits ou galeries serait hors de proportion avec le glissement à stabiliser Soutènements Inadapté en raison de la profondeur du glissement Tirants d’ancrage Inadapté en raison de la profondeur du glissement Clous Inadapté en raison de la profondeur du glissement et des caractéristiques mécaniques probablement faibles du substratum Pieux Solution qui peut être envisagée, mais qui demanderait un grand nombre de pieux de grande longueur (voir rapport 03.86.86.02.75) : par exemple, pieux de 0,80 m de diamètre, entre axes 1,60 m et de 20 m de longueur). Un sondage pressiométrique d'au moins 20 m de profondeur serait nécessaire pour vérifier ce dimensionnement.
AIPCR
. 102 . 12.13.B - 2004
Adéquation (Oui/Non) Non Non Non Non Non Non
Non Oui Oui Non Non Non Non Non Non (a priori)
In relation to the increased travel time (detour of approximately 20 km and increased travel time of half an hour and the requirement to pass through the town of Poitiers) when the road is cut and not negotiable by traffic, their is an unquestionable need for maintenance. A8 Since 1992, visual surveillance has been put in place to ensure uninterrupted observation of the site, and warning alarms installed. In 2001 work was undertaken to eliminate the cause of the shallow landslip following a detailed geotechnical study. Different technical practices were examined and results are presented in table 3. The practices were assessed as to their adequacy in the case if the lanslip on the RD 749. Table 3 – Adequacy of stabilisation practises used on the RD 749 Techniques and practices Toe Buttress
Comment Due to the form of the landslip surface, this practice was not suitable.
Adequacy (Yes/No) No
Head reduction
As a result of the site topography it was not possible to reduce the site which would also as a consequence have destabilised the upstream slope.
No
Total purge
The necessary purged volume would be considerable and it would be practically impossible to guarantee upstream stability during the works. The site does not lend itself to a reducing the fall of the road using the process of cutting Unsuitable solution because of the depth of the landslip that would demand considerable substitution material and would pose upstream slope problems during the works. Unsuitable solution due to the depth of the landslip.
No
Very expensive solution necessitating upstream drainage.
No
Gravity fed surface water collection by a ditch already exists. This provision will need to be maintained for whatever solution is selected.
Yes
A drain upstream of the landslip would prevent the water table level rising in the lanslip zone and would improve safety A practical option but reasonably difficult to achieve because of the geometry of the site and effectiveness in the long to medium term is not guaranteed ( small deformations can compromise the drains ability to function properly) Drainage using wells or galleries would be out of proportion with the landslip to be stabilised. Unsuitable because of the depth of the landslip Unsuitable because of the depth of the landslip Unsuitable because of the depth of the landslip and the probable weak mechanical characteristics of the substratum Potential solution, but one that requires a significant number of very long piles (see report 03.86.86.02.75): for example piles of diameter 0.8m, with axis length between 1.6m and 20m). A pressure survey of at least 20m depth would be necessary to verify these dimensions.
Yes
Reprofiling Total substitution Partial substitution: dig, buttress, spur, mask Substitution at the head, reduced material Collection and drainage of surface water Trench Drains Subhorizontal Drains Deep Drainage Supports Anchor ties Nails Piles
PIARC
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No No No
No No No No No No (just)
A ces techniques, on pourrait ajouter celle qui consiste à enjamber le glissement à l'aide d'un ouvrage d'une seule travée fondée superficiellement. Pratiquement il faudrait réaliser une travée d'au moins 50 m de longueur, fondée à ses extrémités sur des remblais dont la stabilité à moyen ou long terme n'est pas assurée. Cette solution n'est pas, a priori, adaptée. De cette analyse, il ressort que c'est la technique de rabattement par drainage qui est la mieux adaptée et qui a été retenue. A9 La durée d’application de la confortation effectuée en 2001 ne permet pas de conclure objectivement à son efficacité. On peut penser, d’après la conception de ces travaux, qu’il n’y a plus de glissement peu profond. Par contre subsiste le risque de rupture lié au glissement profond et pour lequel il ne semble pas exister de solution de confortation fiable à un coût proportionné. C1 – C2 – C3
Avec les progrès réalisés en matière de surveillance de désordres du type évoqué ici, la mise en place d’une télésurveillance a été proposée au maître d’ouvrage assurant la gestion de la RD 749. Le risque important d’accident grave et l’expérience de ruptures dangereuses de la route (photographie n°2) l’a conduit à accepter ce système au moins à titre provisoire. La télésurveillance a fonctionné sur la mesure des déplacements horizontaux et verticaux du corps de chaussée, sur le niveau de la nappe et sur la température au voisinage des capteurs. Pendant 3 ans, le système a fonctionné sans seuil d’alerte mais en mettant à disposition du maître d’ouvrage la consultation possible des mesures des capteurs par téléphone (minitel) en temps réel. Naturellement, les mouvements de terrain risqués pour le maintien de la viabilité interviennent en cas de période pluvieuse (on a mesuré des amplitudes de nappe de l’ordre de 4m entre la saison pluvieuse et la saison sèche) et il suffisait donc de consulter le minitel dans ces périodes. Au bout de trois ans de mesures et donc d’observations précises, une modélisation du site a été tentée en recherchant les variables explicatives des mouvements pour tenter de définir un seuil d’alerte qui pouvait déclencher automatiquement l’alarme chez le maître d’ouvrage. Des variables suffisamment explicatives des mouvements n’ont pas été trouvées. Le seuil d’alerte a donc été basé sur la seule mesure de déplacement horizontal. Une étude détaillée utilisant différentes méthodes pour définir ces seuils d’alerte (Azimi, Saito, Fukuzono et Voight, méthode dite de la vitesse) a montré que seule cette dernière méthode était utilisable compte tenu de l’amplitude des mouvements et de la précision des mesures. Le seuil d’alerte a été établi à 0,24mm de déplacement sur le pas d’auscultation des capteurs fixé à 4h. Aucune alarme n’a été déclenchée à ce jour malgré de faibles mouvements. Il semble que la précision de mesure des capteurs utilisés ait constitué un facteur limitant. Cette période de télésurveillance a permis de mieux connaître les déplacements et mécanismes mis en jeu dans ce glissement, et donc aussi amélioré la connaissance nécessaire à la mise au point d’une confortation.
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The practice of using surface works to span the landslip could also be added to this list of practices. For practical purposes the works would have to be at least 50m long, with the extreme ends built on fill with a medium to long term record of being stable. This solution was just not feasible. Following this analysis, it appears that lowering the water table by drainage will be most successful and has been recommended. A9 The reinforcement works undertaken in 2001 have not existed for sufficient time to permit conclusions about their effectiveness. Following these works, there have been no shallow landslips, however the risk of rupture related to deep landslip remains and there seems no viable economically feasible reinforcement solution. C1 – C2 – C3
With the progress made in relation to monitoring the type of incident discussed here, a proposal was made to the client responsible for assuring the management of the RD 749 to install tele-surveillance. The significant risk of serious accident and past experience of road rupture (photo 2) drove the operator to install the system at least as a provisional solution. The tele-surveillance was successful in relation to monitoring horizontal and vertical displacement of the pavement, for ground water table level and for temperature near the sensors. For three years the system worked without a warning alert, but gave the clients the option of consulting real time information via minitel. Naturally, during rainy periods, the risk of ground movements plays a role in the operation of the road ( the measured amplitude the surface layer can be 4m between the wet and dry seasons) and the minitel could be consulted during these periods. After three years of monitoring and precise measurement, a site model was attempted using the explanatory movement variables to define a single warning alarm, which would sound automatically and warn the client. Variables that sufficiently explained the movements were not found. The warning alarm was then installed to measure horizontal displacement. A detailed study of different methods for defining warning alarms ((Azimi, Saito, Fukuzono et Voight, known as the speed method) showed that only this last method was unusable given the amplitude of the movement and the precision of the measurements. The warning alarm was installed with a threshold of 0.24mm displacement, and the sensor monitoring period set at 4 hours. Not a single alarm has sounded up until now, despite minor movements. It seems that the precision of the sensors is a limiting factor.
This period of tele-surveillance has allowed a better understanding of the displacement mechanisms involved in a landslip, and therefore also improved understanding of the need to ensure up to date reinforcement works.
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En 2001, c’est à dire 9 ans après le début de la télésurveillance du site et surtout à la suite d’une nouvelle rupture ayant entraîné la fermeture de la route (cf : figure 6 et photographie 1), le maître d’ouvrage a fait étudier une confortation du glissement le moins profond et l’a fait réaliser durant cette même année. Pour l’instant cette confortation semble avoir atteint son objectif (plus faible sensibilité de la route aux évènements pluvieux), mais la période d’observation est trop courte pour pouvoir conclure.
Exemple 4 : Roumanie Les causes élémentaires de l'instabilité des pentes ont été évaluées en analysant des études de cas de glissements de terrain. Les causes primaires sont apparentées aux propriétés inhérentes de certaines formations géologiques, à l'inclinaison de la pente du terrain, à la végétation, à l'intensité des précipitations et de la fonte des neiges, au schéma d'écoulement des eaux et des nappes phréatiques, au climat, aux zones d'humidité avec végétation spécifique, à l'activité humaine en matière de constructions et à certains types de catastrophes. Des techniques de reconnaissance du terrain sont employées en premier lieu pour identifier les glissements de terrain après l'étude des cartes topographiques contenant des données détaillées de profil du terrain, des cartes géologiques, des photographies couleur ou pellicule infrarouge, etc. Des détails spécifiques de la solidité du terrain et des forces motrices potentielles peuvent être obtenus uniquement d'après des inspections et études du site. Les procédures types suivies dans cette phase doivent comprendre forage, échantillonnage, carottage, tests in situ et autres mesures du degré de mouvement du terrain, du niveau d'eau dans le sol et de la pression, etc. En Roumanie, a été développé depuis 1975 un inventaire régional des cartes topographiques et géologiques montrant une approche approximative des dangers potentiels de glissement de terrain d'une zone. Un Groupe National est aujourd'hui constitué et a établi, d'après les études de cas de plus de 70 glissements de terrain survenus depuis 1975, que les principales causes de glissements de terrain, formations géologiques, inclinaison de la pente du terrain, végétation, climat et schéma hydraulique, pouvaient être utilisées comme variables indépendantes qui, employées dans des études de modèle mathématique-statistique telles que méthodes à critères multiples, théorie de régression, théorie Markovienne, théorie d'anticipation, théorie d'analyse des coûts, etc., pouvaient fournir une variable dépendante plus précise à partir de plus de 70 glissements de terrain, la probabilité, le degré de risque de glissement de terrain potentiel d'une zone pour le prévenir. Les mesures de prévention des glissements de terrain déjà conçues et appliquées dans des cas de pré-éboulement et post-éboulement, comme un drainage de surface et souterrain, des murs de soutènement, une végétation, augmentent la résistance aux glissements de terrain et réduisent les forces actives, etc.
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Finally in 2001, that is 9 years after the start of the site tele-surveillance and most significantly following a recent rupture resulting in the closure of the road (cf figure 6 and photo 1) the client has studied the shallow landslip reinforcement works which were constructed the same year. For the moment this reinforcement work appears to have reached its goal (of lowering the sensitivity of the road to rain events) however the observation period is too short to draw any conclusions.
Example 4: Romania The basic causes of slope instability have been ascertained by studying case histories of landslides. The primary causes are related to inherent properties of certain geologic formations, ground slope inclination, vegetation, heavy rainfall and snow smelt, water flow and water table regime, the clime, the humidity areas with specific vegetation, human activity for constructions and some types of catastrophes.
Terrain reconnaissance techniques are used as the fist level for identification of landslides after the research on topographic maps which contain detailed ground contour data, on geological maps, colour photography or infrared film etc. Specific details of ground strength and potential driving forces can be ascertained only from site surveys and studies. Typical procedures employed in this phase must include drilling, sampling, coring, in situ testing and other devices for rate of ground movement, level of water in ground and pressure etc. In Romania, a regional inventory of topographic and geological maps has developed since 1975 which shows an approximate approach of hazard potential landslide of an area. Now a National Group is in progress and has established on the basis of case histories over 70 landslide produced since 1975, that the main causes of landslides, geological formations, ground slope inclination, vegetation, climate and hydraulic regime can be used as independent variables which used them in a mathematical-statistical model studies as Multiple criterial methods, Regression theory, Markov Theory, Expectance theory, Value Engineering theory approach etc., can provide a more precise dependent variable from over 70 landslides, the probability, the risk degree of hazard potential landslide of an area to prevent it. The contrameasures of landslides already designed and constructed for both pre-failure conditions and post-failure conditions, as surface and subsurface drainage, retaining walls, vegetation, increase resistances to landslide and decrease of active forces etc.
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Exemple 5 : Nationale 91 de Grenoble à Briançon, entre Vizille et Séchilienne La nationale 91 de Grenoble à Briançon, entre Vizille et Séchilienne, est sujette, à droite de la zone appelée ruines de Séchilienne, à un risque d'éboulement important. Le premier système de surveillance a été mis en place en 1985 par le Laboratoire Régional de Lyon dans le but de surveiller et d'analyser ce phénomène. Les premières études ont montré qu'il existait un risque majeur d'éboulement en masse portant sur 2 à 3 millions de mètres cubes, entraînant un risque de blocage partiel du fond de la vallée. Les études continues ont confirmé l'existence d'une instabilité à très grande échelle, dont l'étendue pouvait atteindre 20 à 30 millions de mètres cubes touchant la majeure partie de la pente. Depuis 1988, grâce à l'aide financière combinée du Conseil général de l'Isère, de l'Administration des Ponts et Chaussées, du Ministère de l'Intérieur et de la Commission sur les Catastrophes Naturelles, des efforts particuliers ont été, d'une part, concentrés sur le matériel surveillant le site et, d'autre part, sur l'étude des effets d'un éboulement (vanne de décharge sur la Romanche). Le Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Lyon a installé un système de surveillance et enregistré les changements survenant sur le site. Le système mis en place comprend : • • •
un capteur à distance permet une surveillance quasi-continue des déformations du dépôt rocheux depuis le Centre d'Opérations de Lyon, un réseau géodésique, un réseau de balises de levé topographique (mesures au moyen d'un télémètre LPC).
Référence : H Evrard, T Gouin, A Benoit & J-P Duranthon (1990) : Séchilienne : Risques majeurs d'éboulements en masse. Point sur la surveillance du site. Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 165, Réf. 3464, pp7-16.
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Example 5: Route 91 from Grenoble to Briançon, between Vizille and Séchilienne Route 91 from Grenoble to Briançon, between Vizille and Séchilienne, is subject, on the right of the area called the Séchilienne ruins, to danger of substantial rockslides. The first monitoring device was put in place in 1985 by the Lyon Regional Laboratory to monitor and analyse the phenomenon. The first studies showed there was a major risk of a large-scale rock slide affecting 2 to 3 million cubic metres, leading to the danger of a partial blockage of the valley bottom. Continuing research has confirmed the existence of very large-scale instability, the extent of which could reach 20 to 30 million cubic metres affecting the major part of the slope. Since 1988, with the combined financial help of the Isère Council, Highways Department, Ministry of the Interior and the Commission on Natural Disasters, particular effort has been, on the one hand, concentrated on equipment monitoring the site and, on the other, on research into the effects of a rock slide (flood gate on the Romanche River). The Lyon Regional Laboratory, set up a monitoring system and recorded changes to the site. The system put in place includes: • • •
a remote-sensing device allowing almost continuous monitoring of the deformations of the rock deposit from the Operations Centre at Lyon, a geodetic network a network of land survey marks (measurements by LPC distance meter)
Reference: H Evrard, T Gouin, A Benoit & J-P Duranthon (1990): Sechilienne: Risques majeurs d'eboulements en masse Point sur la surveillance du site. Bulletin des Laboratoires des Points et Chaussees, 165, Ref. 3464, pp7-16.
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Exemple 6 : Glissement de terrain et coulée de La Valette dans les Alpes de Haute-Provence Situé dans la Vallée de l'Ubaye, le glissement de terrain de La Valette concerne environ 9 millions de mètres cubes de matériaux provenant de dépôts glaciaires imbriqués dans les Terres Noires. Plusieurs études ont été effectuées pour mettre en œuvre des mesures de sécurité visant à protéger un lotissement et une petite zone industrielle au bas de la pente. Un drainage, un endiguement des cours d'eau, et un aménagement de terrasses ont été exécutés. Un plan d'évacuation a été élaboré et le glissement de terrain est surveillé par une caméra infrarouge. Parallèlement, l'Université du Québec a étudié deux modèles différents de propagation de la coulée de boue pouvant résulter de ce glissement de terrain : comportement des fluides et comportement de frottement. L'analyse paramétrique a permis aux chercheurs d'évaluer l'influence des conditions initiales et des caractéristiques rhéologiques sur la vitesse et la distance de propagation de la coulée de roches détritiques. Référence : G Colas & J Locat (1993) Glissement et coulée de La Valette dans les Alpes de Haute-Provence. Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 187, Réf. 3710, pp19-28.
Exemple 7 : Site de La Clapière Les instruments installés sur le site de La Clapière ont, depuis 1982, continuellement produit une série de données précises sur les mouvements superficiels de la pente, avec des informations détaillées sur les conditions hydrométéorologiques. Lien essentiel dans la prévention et la minimisation des dangers engendrés par les glissements de terrain, ces instruments contribuent à la sécurité du public, mais fournissent également une mine d'informations utiles pour comprendre les instabilités des pentes rocheuses raides. L'histoire de cette observation sur plus de vingt années (dont quatre années de préparation laborieuse) illustre les nombreux problèmes techniques, économiques, administratifs et autres posés par la surveillance à distance, notamment en milieu naturel. Après avoir rappelé les dangers imprévus impliqués et leurs conséquences éventuelles, le système et ses transformations successives sont brièvement décrits, et certains détails spécifiques concernant la surveillance à distance soulignés par cette expérience sont présentés. Référence : J-P Follacci (1999) Seize ans de surveillance du glissement de la Clapière (Alpes-Maritimes). Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 220, Réf. 4253, pp35-51.
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Example 6: Landslip and flow of La Valette in the Alps of Haute-Provence Located in the Ubaye Valley, the La Valette landslip affects about 9 million cubic metres of material derived from imbricated glacial deposits within the Terres noires [literally Black Lands]. Several studies have been carried out in order to implement safety measures to protect a housing development and a small industrial estate on the downhill side of the slope. Drainage, damming of the streams, and terracing have been brought into play. An evacuation plan has been developed and the landslip is monitored by an infrared camera. At the same time, the University of Quebec has studied two different models for propagation of the mudslide which may stem from this landslip: fluid behaviour and friction behaviour. The parametric analysis enabled them to estimate how the initial conditions and rheological characteristics influence the speed and distance of the propagation of the debris flow. Reference: G Colas & J Locat (1993) Glissement et coulee de La Valette dans les Alpes de Haute-rovence.Bulletin des Laboratoires des Points et Chaussees, 187, Ref. 3710, pp19-28.
Example 7: La Clapière site The instrumentation on the La Clapière site has, since 1982, continuously produced series of precise data on the surface movements of the slope, with detailed information on the hydrometeorologic conditions. An essential link in the prevention and minimisation of dangers engendered by landslides, it contributes to public safety, but it also furnishes a mine of information useful to the understanding of the instabilities of steep rocky slopes. The history of this observatory over twenty years (including four years of laborious preparation) illustrates the many technical, economic, administrative and other problems posed by remote surveillance, particularly in natural settings. After recalling the unexpected hazards involved and their possible consequences, the system and its successive transformations are briefly described and some specific details concerning remote monitoring highlighted by this experience are mentioned. Reference: J-P Follacci (1999) Seize ans de surveillance du glissement de la Clapiere (Alpes-Maritimes). Bulletin des Laboratoires des Points et Chaussees, 220, Ref. 4253, pp35-51.
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RECOMMANDATIONS SUR LES RISQUES ASSOCIÉS AUX PENTES EN CONSTRUCTION / SLOPE RISK GUIDANCE FOR ROADS
Les pentes présentent, dans l'ensemble, des risques de rupture plus élevés que les autres ouvrages géotechniques et une menace importante sur le plan économique et social. Ce rapport fait une synthèse des méthodes d'analyse des risques et des questions de vulnérabilité. Il présente dans une série d'annexes les différentes mesures d'atténuation avec leurs avantages et inconvénients ainsi qu'un ensemble d'études de cas.
Slopes are, in general, associated with a greater frequency of failure than other geotechnical assets and a greater threat economically and socially. This report makes a synthesis of risk analysis methods and of vulnerability issues. It presents, in a series of appendices, mitigation measures with their advantages and disadvantages together with a set of case studies.
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