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Wikigeotech:Sonde de mesure de pression interstitielle

De Wikhydro

Sommaire

PRINCIPE

La sonde dite de pression interstitielle (couramment dénommée sonde pi) permet de mesurer la pression interstitielle[1] au sein d'un horizon saturé grâce à une sonde ou capteur mis en place en général après réalisation d'un forage. La sonde comporte une chambre remplie de liquide qui sera mis en pression par l'eau interstitielle du milieu où elle sera placée. La pression est mesurée soit :

  • par un manomètre placé en surface et relié à la sonde par une tubulure remplie de liquide incompressible ;
  • par un capteur de pression incorporé à la sonde qui comporte une membrane déformable soumise aux déformations engendrées par la pression de l'eau interstitielle.

Différents type de sonde 

on distinguera les sondes à foncer à extrémité pointue ou les sondes pour cavité à fond plat. Les schémas illustrent les 4 grands type de sonde disponibles sur le marché :

  • sonde hydraulique ;

Sonde piezometrique -sonde hydraulique.pngSonde pi schema.png

  • sonde à membrane déformable avec mesure par contre-pression (ci-dessous un capteur de pression interstitielle LPC PAC II C - modèle pour cavité. L'eau entre par le dessous du capteur - flèches noires);

Capteur pi modele pour cavite.png

  • sonde à membrane déformable couplée à un capteur de pression (ci-dessous une coupe d'une sonde à diaphragme déformable à foncer. L'eau entre latéralement dans la sonde - flèches noires sur le schéma correspondant aux bandes oranges sur la photo);

Capteur pi photo.bmpCapteur pi schema coupe.png

  • capteur électrique piézo-résistif ou à jauge de déformation (non illustré).

Ces différents types de sondes peuvent recevoir un réservoir qui évitera la désaturation de l'élément filtrant.

APPLICATIONS

La sonde de mesure de pression interstitielle permet :

  • la détermination de la pression interstitielle au sein d'un massif saturé ;
  • la détermination du niveau piézomètrique d'une nappe et la fluctuation du niveau piézomètrique ;
  • l'évolution des pressions interstitielles induites par une modification des contraintes effectives (déblai ou remblai) ;
  • de suivre le rabattement d'une nappe ou d'un niveau d'eau.

AVANTAGES

La mise en place d'une sonde de ce type est particulièrement recommandée et adaptée pour mesurer la pression interstitielle dans les horizons géotechniques saturés et pour suivre l'évolutions de la pression de l'eau dans les sols peu perméables k<1x10-5 m/s.

Le temps de réponse d'une sonde est assez rapide pour les différents types de sonde et permet notamment d'enregistrer rapidement les variation de niveau d'une nappe ou les surpressions liées à la mise en place d'un ouvrage. Ceci permet ainsi d'optimiser certaines phases de travaux grâce à des mesures ponctuelles rapprochées ou par un suivi en continu par système avec enregistreur des données dans les cas suivants :

  • dans les sols de fondation de remblai permet de suivre la consolidation et prévoir la rupture ;
  • dans les remblais sur sols compressibles permet de suivre la surpression liée à la montée du remblai et éviter la rupture ;
  • dans les zones en déblais, permet de suivre la stabilité en cas de rabattement de nappe concomitant à un décaissement des matériaux du déblai.


LIMITATION

Dans l'hypothèse où plusieurs sondes doivent être posées, il est recommandé de réaliser un forage par sonde pour limiter au maximum les problèmes d'écoulement qui pourraient se produire du fait de bouchon étanche mal réalisé entre deux sondes (cas de sondes multiples dans un même forage).


MISE EN OEUVRE

La mise en oeuvre sera fonction de la nature et de la compacité des horizons traversés et du type de sonde.

Sonde pour cavité (à fond plat)

  • Réalisation du forage destructif : l'utilisation de boue même biodégradable est interdit, ni même d'un fluide de forage autre que l'eau (utilisation d'additifs de type polymères par exemple) car cela risque d'obstruer l'élément filtrant ;
  • Descente de la sonde : elle doit être soit munie de son enveloppe afin de la maintenir saturée soit d'un réservoir, en fond de forage ;
  • Déversement d'un matériau perméable (gravillons calibrés) sur 0,50 m minimum au dessus de la sonde : cela permet de favoriser l'arrivée d'eau libre vers la sonde ;
  • Réalisation d'un bouchon étanche jusqu'en surface avec un coulis plastique ou des billes d'argile expansive pour éviter l'arrivée d'eau parasite vers la sonde et mesurer strictement la pression liée à l'horizon géotechnique ;
  • Possibilité de foncer une sonde (sur 1 m) si la base du forage se trouve dans un horizon peu compact. Dans cas réaliser directement le bouchon étanche au dessus de la sonde.

Sonde à foncer (à bout conique)

  • Fonçage direct dans les terrains peu compacts ;
  • Descente de la sonde par fonçage lent (1 à 2 cm/s) ;
  • Le tube destiné au fonçage peut être perdu (si les raccords sont étanches) ou retiré. S'il est retiré, réaliser un bouchon étanche suffisamment long pour isoler la sonde des couches supérieures et des arrivées d'eau parasites.

Personnel

  • Connaissance et respect de la norme d'essai[1].
  • Connaissance de la notice spécifique à la sonde utilisée.
  • Qualification de sondeur géotechnique[2]. Un sondeur expérimenté en forage d'eau peut être nécessaire pour les essais sur aquifères multiples (prévention des contaminations inter-nappes).

Précaution de mise en œuvre sur le terrain

  • Maintien si possible du forage en eau avant et pendant la descente de la sonde munie d'une enveloppe étanche qui sera découpée sous l'eau ou munie d'un réservoir ;
  • Les sondes hydrauliques sont d'un emploi délicat. Il faudra toujours s'assurer que le circuit de mesure de pression soit parfaitement saturé (absence de bulles de gaz) lors du mesurage ;
  • Pour les autres type de sonde s'assurer de la saturation de l'élément filtrant ; il est recommandé d'utiliser des sondes à réservoir incorporé.
  • La tête du forage sera géo-localisée.


MESURE, INTERPRÉTATION

l'interprétation sera réalisée conformément à la norme NF P 94-157-2[1].

COMMANDE

Les points suivants doivent faire l'objet d'une précision particulière lors de la commande :

  • Repérer le forage sur un plan ;
  • Définir la position de la sonde ;
  • Définir la hauteur et le type du matériau perméable (cas de la sonde pour cavité) ;
  • Définir la hauteur du bouchon et sa nature (coulis plastique ou billes d'argile expansive) ;
  • Exiger une qualification (CQP foreur d'eau) ou des références qualité en matière de maîtrise des forages d'eau (charte qualité).

CONTRÔLE DES PRESTATIONS

Sur le terrain on s'attachera à vérifier

  • l'implantation,
  • la profondeur,
  • le mode de réalisation du forage,
  • le mode de pose de la sonde,
  • l'étalonnage des matériels nécessaires au mesurage,
  • la réalisation de plusieurs mesures de vérification après la pose,
  • dans le cas de sonde foncées, multiplier les mesures jusqu'à stabilisation des valeurs.


RÉFÉRENCES

  1. 1,0, 1,1 et 1,2 AFNOR (1996). NF P 94-157-2.Sols : Reconnaissance et Essais - Mesures piézométriques. Partie 2 : Sonde de mesure de pression interstitielle.
  2. Norme Internationale (2006). ISO TS 22475-2 - Reconnaissance et essais géotechniques − Méthodes de prélèvement par forage ou excavation et mesurages piézométriques − Partie 2 : Critères de qualification des entreprises et du personnel.
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