Wikigeotech:Tube de contrôle inclinométrique vertical

Réalisation d’une mesure inclinométrique en bordure d’une tranchée couverte.

PRINCIPE

La mesure consiste à relever dans le temps les déplacements horizontaux dans le sol ou une structure selon un axe, grâce à un tube inclinométrique posé spécifiquement à cette fin. L'opération consiste :

• à placer dans un forage un tube rainuré longitudinalement à une profondeur suffisante ;
• à mesurer, après la prise du coulis de ciment, le profil vertical réel du tube de mesure ;
• à mesurer consécutivement l’évolution de ce profil selon deux axes pour en déduire les déplacements.

SCHEMA DE PRINCIPE INCLINOMETRE

APPLICATIONS

La pose d'un inclinomètre permet la détection des déformations horizontales à différentes profondeurs pour analyser par exemple la réponse d’un massif à une excavation.

Avantages

Ce matériel est relativement simple à mettre en œuvre, grâce aux systèmes d’emboîtage et d’alignement conçus par les fabricants; le coût principal est celui engendré par le forage réalisable avec des matériels de forage géotechnique usuels.

Les matériels et matériaux nécessaires à la réalisation d’un inclinomètre (tubes rainurés, embouts de terminaison, tube d’injection de coulis ciment, ciment et bentonite) sont disponibles en standard chez les fournisseurs de matériel géotechnique et de matériaux de construction.

Le matériel de mesure est très facile d'utilisation une fois la prise en main maîtrisée. Classiquement les sondes inclinométriques comportent deux capteurs orientés orthogonalement l’un par rapport à l’autre, ce qui permet d’enregistrer simultanément les déplacements selon deux directions. Le matériel est bien souvent robuste et comporte une unité de lecture et d’enregistrement des données avec un interrupteur permettant d’effectuer les mesures seul. Le tube, une fois posé, peut ultérieurement accueillir un équipement inclinométrique fixe composé de plusieurs sondes associées en chaîne et destinées à mesurer en continu l’évolution des déformations. Cet équipement, assez coûteux par rapport à la mesure ponctuelle par la sonde inclinométrique portable, offre toutefois l’avantage de pouvoir être transféré dans tout autre tube inclinométrique de diamètre compatible. Les chaînes inclinométriques fixes doivent être en outre reliées à un système d’enregistrement des données, qui, avec un modem embarqué, peut envoyer les mesures vers Internet et générer des alertes.

Limitations

On déconseillera l’utilisation de l’inclinomètre pour des terrains très compressibles, à moins de prévoir des accouplements télescopiques capables d’absorber le tassement des terrains pour éviter de casser le tube, souvent prévu en matière plastique pour des raisons de coût. Même dans ce cas de figure, le risque de perte du tube n’est pas négligeable du fait des grandes déformations verticales. De même, il convient de prévoir l’utilisation de cette méthode pour des déformations attendues suffisantes afin de ne pas se situer en deçà de la précision du système (indiquée par le fabricant sur les fiches techniques).

Précautions d'emploi

Lors des mesures, et bien que le principe soit facilement maîtrisable par tout un chacun, il est préférable de se couper des influences extérieures et de ne pas être tenté de discuter avec d’autres personnes, car l’oubli d’un point de mesure est très vite arrivé et perturbe le profil complet. Bien souvent il est nécessaire de recommencer complètement l’opération, si ce n’est de retourner sur le site dans les cas extrêmes.

Il est préférable d’associer l’inclinomètre à un piézomètre à proximité, car bien que souvent perméable, le tube inclinométrique de saurait remplacer un piézomètre pour mesurer le niveau de la nappe.

La mesure initiale de verticalité doit être réalisée avec toutes les précautions nécessaires. En particulier, on veillera à bien repérer la position des repères de profondeur sur l’équipement de mesure par rapport à la tête de tube inclinométrique. A cet effet, des fournisseurs proposent une poulie avec un dispositif autobloquant à placer en tête, permettant d’avoir une référence fixe. La prise de photographies et schémas d’implantation et de convention de mesure sont également vivement recommandés.

MISE EN OEUVRE

La mise en œuvre d'un inclinomètre nécessite au préalable la réalisation d'un forage (le plus souvent en mode destructif, mais d'autres modes sont aussi envisageables, comme après un carottage ou une tarière) avec ou sans utilisation de tubage provisoire (laissé à l'appréciation du sondeur et fonction des horizons traversés).

Dans certains cas précis, les inclinomètres peuvent être montés au fur et à mesure de l’avancement d’une structure (barrage en terre ou en enrochement), ou intégrés au ferraillage d’un voile béton ou d’une paroi moulée. Dès lors une prudence extrême est requise pour le balisage et la protection du tube, qu’il est préférable de choisir en matériau plus solide (aluminium). Le tube inclinométrique est monté par rivetage de tubes de 3 mètres (autres systèmes possibles par emboîtage rapide), posé dans son forage avec un bergatère d’injection, puis rempli d’eau pour le lestage et ainsi éviter la flottaison. Le tube est ensuite fermé et équipé en tête par une protection métallique sécurisée si possible et adaptée au site (bouche à clé par exemple).

La tête du tube est géo-localisé pour un repérage simple lors des mesures. Souvent un point de mesure topographique est intégré pour niveler le haut du tube.

Précaution de mise en œuvre sur le terrain

La profondeur maximale du système est choisie en fonction de paramètres géologiques et/ou constructifs, dans le but d’avoir une longueur minimale de tube non influencée par les déformations attendues. Soit le forage atteindra 2 mètres dans un socle rigide, soit il sera suffisamment profond par rapport au niveau de déplacement en profondeur (par exemple niveau de glissement ou fond de fouille). La composition du coulis eau-ciment-bentonite et sa mise en œuvre obéit à des critères précis, que chaque entreprise de forage et de pose d’instruments géotechnique doit maîtriser et adapter à la géologie. En particulier, on fournit le module de compressibilité des terrains afin d’adapter le mélange pour avoir une réponse optimale du système.

La bentonite

La bentonite est une variété particulière d’argile (de la famille des smectites) qui se présente sous forme de poudre fine. Les particules de bentonite sont constituées d’assemblages de feuillets parallèles. En présence d’eau, et notamment en suspension, les molécules d’eau se fixent entre les plaques des feuillets chargés électriquement et séparés par un cation métallique ce qui provoque, en particulier, le gonflement important du grain de bentonite. Les suspensions de bentonite présentent des propriétés particulières :

• aptitude à développer de la viscosité ;
• aptitude à former, de manière réversible, un « gel » (thixotropie) ;
• aptitude à constituer un seuil d’écoulement ;
• propriétés colmatantes (aptitude à former un cake par filtration) ;
• propriétés liantes et agglomérantes.

Il existe plusieurs variétés de Bentonite régulièrement employées pour la réalisation de nombreuses techniques de fondations spéciales (forage de pieux ou de barrettes, exécution de parois moulées ou d’écrans étanches, creusement de tunnel, injection de consolidation de sol, etc.), sous forme de fluide de perforation, fluide de forage ou en mélange avec du ciment. Pour le creusement d’une tranchée ou le forage d’un pieu, la stabilité du terrain est assurée par une boue de bentonite. La poussée hydrostatique de cette boue compense la poussée des terrains et des eaux de la nappe phréatique. L’application de cette poussée sur le terrain est rendue possible grâce à la formation sur la paroi de l’excavation d’un film étanche (le « cake ») constitué soit par les particules de bentonite accumulées par le phénomène de filtration (cas des sols peu perméables), soit par une frange de sol imprégnée de boue bentonitique (cas des sols perméables). Lorsqu’on colmate un sol avec un coulis de bentonite, on obtient un matériau souple, plastique et présentant une très faible perméabilité.

Personnel

• connaissance et respect de la norme d'essai française;
• qualification de sondeur géotechnique].
• Plan avec repérage des axes et des altitudes du système

MESURE, INTERPRETATION

Conforme à la norme NF P94-156 Octobre 1995.

L'objectif est de tracer un graphe des variations de profil vertical en fonction du temps, et :

• de constater l'importance des variations de verticalité dans le temps. Pour cela seul un suivi régulier avec le moins d’opérateurs différents peut le permettre avec précision ;
• d’analyser l’influence de l’avancement d’une construction attenante, ou de l’évolution du niveau d’eau dans le sous-sol sur le comportement du massif étudié.
• de définir des mesures correctives en fonction des résultats obtenus, comme par exemple le nombre et la longueur d’ancrages pour amoindrir ou stopper les déplacements…
• Certains logiciels spécialisés offrent de nombreuses options d’affichage permettant de comprendre le comportement du massif sous différents angles.

COMMANDE

Les points suivants nécessitent des précisions lors de la commande :

• Repérer le forage sur un plan ;
• Définir la profondeur maximale ;
• Définir le diamètre intérieur du tube, le diamètre de forage associé et l’équipement de mesure compatible;
• Définir la position des axes de lecture X, Y ;
• Prévoir du personnel formé pour les mesures ou commander une formation préliminaire.

CONTRÔLE DE LA PRESTATION

Il convient de toujours bien contrôler la mise en place du tube et la réalisation de l’injection du coulis de ciment-bentonite, afin de s’assurer que l’axe des rainures de mesure soient bien orientées par rapport aux déplacements attendus d’une part, et que la composition du mélange soit adaptée au sol environnant d’autre part. Sur le terrain :

• vérification de l'implantation, profondeur, mode de réalisation;
• contrôle des moyens de mesures utilisés définition des périodes de mesure ;
• contrôle des graphes fournis et demander un profil de verticalité à l’issue de la mesure initiale.

Optionnel :

• contrôle de la spiralité des rainures (vrillage) avec une sonde spécifique. Cette dernière enregistre l’évolution de la torsion des tubes et ces données peuvent être réutilisées pour adapter le profil de déformation avec un logiciel intégrant cette fonction.