Investigations et essais
complémentaires
La liste des
techniques citées ci-après n'est pas exhaustive. Elle
reflète ce qui est couramment utilisé en
tunnel.
Certaines d'entre
elles sont destructives et ne s'appliquent pas à tous les
ouvrages.
En complément
de la présentation des techniques qui est faite ci après,
on a précisé le cadre dans lequel chacune d’elles
est utilisée. Leur utilisation répond à trois types
d’objectifs:
(1). Suivre l'évolution d'un ouvrage dans le temps
(auscultation métrologique);
(2). Compléter une inspection détaillée
afin d'établir le diagnostic final;
(3). Réaliser des reconnaissances
complémentaires dans le cadre d'un projet de
réfection.
Les mesures
dimensionnelles effectuées périodiquement permettent de
mettre en évidence les vitesses de déformation ou de
déplacement et donc une éventuelle accélération
dangereuse.
Fissurométrie (X, Y, Z)
(1)
Technique
employée sur une ou quelques fissures isolées dont on
pense que le comportement est représentatif d'une
évolution locale. Elle est employée dans les
maçonneries et les bétons, très rarement sur des
fissures rocheuses (du moins en tunnel). Les jauges
extensométriques en plastique (à coller à cheval sur
la fissure) ont une durée de vie limitée et ne mesurent
que l'ouverture de la fissure. Les appareils métalliques
à sceller permettent de réaliser des mesures en XYZ sur
de longues périodes et sont plus fiables. Les mesures sont
manuelles (pied à coulisse) ou automatiques (centrale
d'acquisition avec ou sans télétransmission) et toujours
associées à des mesures de température.
Les
fissuromètres à corde vibrante ou à capteur
électrique ont une grande précision (1/100 de mm) et sont
reliés à une centrale d'acquisition.
Mesures de convergences (1, 2,
3)
Les mesures de
convergences consistent à déterminer les variations de
distance entre des repères scellés dans les parements sur
une section de l’ouvrage. On parle plus précisément
de convergences relatives car, dans la plupart des cas, les mesures
ne font pas appel à des points fixes extérieurs à
l’ouvrage, d’où le caractère relatif des
déplacements mis en évidence.
Elles sont toujours
associées à des mesures de température.
Convergences relatives (1,
2)
Distancemètres à fil INVAR (Type
LRPC): la chaîne de mesure est constituée de fils en
INVAR étalonnés et d'un vernier au 1/20. Le nombre de
repères installés dans chaque profil de mesure varie de 2
à 7. On en déduit le type et la vitesse de
déformation du profil en travers.
La précision
est de l'ordre de 0.2 mm, suffisante pour un suivi de
déformations.
La méthode
nécessite une absence totale de circulation. Les mesures sont
manuelles.
La durée de vie
des repères (qui doivent être protégés) est
supérieure à la décennie.
Pour connaitre le
déplacement de l'ensemble du profil dans l'espace, nivellement
et planimétrie sont indispensables.
Distancemètres
opto-électroniques: l'absence de fils tendus permet de
tolérer une circulation (faible) mais aussi de se rattacher
à une stabilité extérieure permettant de
déduire le mouvement du profil dans l'espace.
Leur précision
est légèrement moins grande que celle des
distancemètres à fil.
Convergences absolues (ou extensométrie en
forage) (2, 3)
On mesure le
déplacement du parement par rapport à un point
supposé stable en fond de forage (barre INVAR
scellée).
La précision
peut être inférieure au 1/10 de mm.
La méthode est
relativement lourde (forages carottés, scellement
délicats, coût).
Elle est peu
utilisée en surveillance, mais surtout dans le cadre
d'études spécifiques.
Planimétrie (1, 2)
Couplée avec
les convergences relatives au fil INVAR et s'exercant sur les
mêmes repères, elle fournit les déplacements en plan
du profil. Au-delà d'une certaine longueur d'ouvrage, la
précision des visées chute très vite si l'on ne
dispose que de repères de stabilité extérieurs au
tunnel. Elle est de ce fait très peu
utilisée.79
Nivellement relatif (1, 2,
3)
Couplé avec les
convergences relatives au fil INVAR et s'exercant sur les
mêmes repères, il fournit les déplacements verticaux
du profil. Un cheminement englobant tous les repères (de
piédroits par exemple) et s'appuyant sur un repère
supposé stable donne une précision de l'ordre de 0.2
à 0.5 mm pour un cheminement de 1 km.
Cette opération
est relativement rapide car localisée à la zone des
profils à surveiller.
Nivellement général (1, 2,
3)
Venant en
complément du précédent, ce nivellement de
précision permet de suivre les variations d'altitude du
repère origine sur lequel s'appuient les nivellements
relatifs. Il se rattache à des stabilités
extérieures au tunnel (repères IGN par exemple) et peut
nécessiter des cheminements assez longs (double cheminement
avec contrôle de marche).
Mesures de déformation du revêtement
par extensométrie (1)
Les
extensomètres à base courte fixés à la surface
du revêtement, ou incorporés dans celui-ci avant
bétonnage, permettent de mesurer ses déformations,
c’est-à-dire les allongements ou raccourcissements
relatifs du matériau à partir d’un état
initial. Pour des orientations du dispositif selon l’un des
axes principaux de déformation, on peut passer aux contraintes
à travers le seul module d’élasticité. Les
deux types de matériel sont les extensomètres à
cordes vibrantes, et les jauges électriques, dont la
résistance varie avec leur déformation. Après
étalonnage, ces dispositifs peuvent fournir directement une
valeur de contrainte.
Profilométrie par stations (1, 2,
3)
Le relevé de
profils de souterrains est effectué à l’aide
d’un profilomètre laser, constitué d’un
tachéomètre électronique fonctionnant sans
réflecteur. Le pas de mesure est choisi en fonction du profil
relevé et de la finesse recherchée.Une centaine de points
par profils est généralement suffisante. La
précision de la mesure de distance est de l’ordre de 5
mm. Cette méthode, qui est utilisée systématiquement
pour le contrôle de l’excavation des tunnels en cours de
creusement, permet également de vérifier le gabarit
d’ouvrages existants, en vue de travaux par exemple. La
distance entre profils mesurés varie de 2 à 10 m suivant
l'irrégularité des objets et la précision
recherchée dans l'estimation (hors profils, en profils,
cubatures,...).
b Radar géophysique (2,
3)
La
réflectométrie d’impulsion d’ondes
électromagnétiques, plus connue sous le nom de
«radar géophysique», utilise des ondes de très
grande fréquence. Lors du déplacement régulier des
antennes émettrice et réceptrice le long des profils de
mesure (en général les génératrices du tunnel
à plusieurs niveaux), les réflexions des ondes sur les
différentes discontinuités rencontrées constituent
autant d’échos sur les radargrammes, qui sont des
coupes- temps (ou coupesprofondeur des structures si les vitesses
de propagation sont connues). Cette méthode permet en
particulier de mettre en évidence le contact entre
l’extrados du revêtement et le terrain s’il
n’y a pas collage entre les deux. Vides et objets
métalliques (cintres, armatures) sont décelés. Cette
méthode est relativement lourde et lente (déplacement
lent en nacelle, nécessité de plaquer l'antenne sur le
revêtement). Son interprétation est difficile et demande
à être étalonnée à l'aide de sondages. La
présence d'eau est pénalisante. Son coût est
relativement élevé, sachant que la méthode ne peut
se substituer aux méthodes traditionnelles.
Scanner visible (1, 2,
3)
Scanner thermographique (1, 2,
3)
La voie
infrarouge est un système passif. Le scanner enregistre le
rayonnement thermique émis naturellement par la paroi du
tunnel. Cette méthode permet de détecter des circulations
d’eau (ou d’air) situées dans le revêtement
ou à son extrados, et par exemple de mettre en évidence
des drains masqués par un enduit, à condition
qu’existe un contraste thermique suffisant entre la structure
et le fluide. Il est donc évident que la pertinence et le
contraste de la réponse sont fonction du moment opportun: flux
thermique momentanément stabilisé et dont le sens est
connu. Un suivi préalable des températures permettra de
réaliser l'opération dans des conditions favorables et
d'interpréter plus finement la réponse.
Profilométrie en continu (2,
3)
Elle peut être
réalisée en même temps qu'une acquisition scanner
visible ou thermographique.
Elle permet d'avoir
un profil géométriquement quantifié en tout point de
l'ouvrage.
Analyses de mortiers et bétons (2,
3)
Elles sont
décrites en annexe 11 ( ).
Analyses d'eau (2, 3)
Elles sont
décrites en annexe 11 ( ).
Mesures de pression (2,
3)
Pression de
contact avec le terrain : les cellules de pression totale
(à cordes vibrantes, ou à contre - pression)
placées entre le terrain et le revêtement, permettent de
suivre les évolutions des interactions ouvrage- terrain
pendant la construction et les premières années
d’exploitation.
Pression
hydrostatique: la mesure de la pression hydrostatique depuis le
tunnel s’effectue dans un forage dans lequel est placée
une cellule de mesure de pression interstitielle, hydraulique,
pneumatique, ou électrique (corde vibrante).
Sondages destructifs ou carottés (2,
3)
Ils ne doivent
être utilisés que dans les tunnels dépourvus
d'étanchéité extrados.
Les sondages
destructifs courts (moins de 3 mètres) sont
généralement suffisants pour reconnaitre le corps du
revêtement ainsi que le terrain proche.
L’intérêt des sondages destructifs est leur faible
coût. Ils doivent être valorisés par
l’enregistrement des paramètres liés à la
progression de l’outil (au minimum : vitesse
d’avancement, poussée sur l’outil, percussion
réfléchie), et par une observation
endoscopique.
Les sondages
carottés permettent de prélever des échantillons
intacts, tant dans le revêtement que dans le terrain
encaissant, en vue d’essais de laboratoire (essais de
résistance et de déformabilité, caractérisation
physico-chimique ou minéralogique). Les carottes retirées
du terrain doivent faire l’objet de relevés descriptifs
de la fracturation (R.Q.D.), et de photographies en
couleur.
Fenêtres (surtout en ouvrages anciens) (2,
3)
Elles sont
pratiquées dans le revêtement jusqu'au contact du
terrain, pour autant qu'il n'y ait aucune étanchéité
extrados. Elles permettent une observation confortable des
différentes couches traversées, qui doivent alors
être décrites et photographiées. Le
prélèvement d'échantillons est facilité. Elles
sont de moins en moins employées, particulièrement en
raison de leur coût élevé (main
d'œuvre).
Tranchées (tous ouvrages) (2,
3)
Elles permettent de
reconnaître la nature et la profondeur d'une assise de
piédroits, la constitution ou les désordres d'une partie
de chaussée.
Essais mécaniques sur échantillons
(2, 3)
Ils sont
généralement réalisés sur échantillons
intacts, ou carottes de sondages.
Toute la gamme des
essais mécaniques de laboratoire peut être mise en
œuvre.
Mesures de contraintes (2,
3)
Les mesures de
contraintes in situ peuvent porter, soit sur le revêtement,
soit sur le terrain (nu ou dans une fenêtre). Il existe deux
grandes familles de méthodes.
Méthode par
substitution (vérin plat): utilisée pour les mesures
à la surface de l’intrados ou à faible profondeur
dans le revêtement, cette méthode consiste à
substituer à la contrainte de compression que l’on
désire mesurer, une contrainte extérieure
connue.
Méthode par
relâchement local des contraintes en fond de forage: elle
permet d’accéder à la mesure de l’état
de contrainte à l’intérieur du massif. Le principe
repose sur l’observation des déformations induites dans
la roche par un relâchement local des contraintes obtenu par
surcarottage.Les types de reconnaissances suivants ne sont
employés que dans des cas très particuliers pour
répondre à des questions spécifiques:
Micro-gravimétrie (2, 3)
Panneaux électriques
(2,
3)
Microsismique
(2,
3) Mesure de
radioactivité (2, 3)
Ultrasons
(2,
3) Dilatométrie (2,
3)
Impédance
mécanique (2, 3) Essais de perméabilité
(2,
3)
c Analyse et caractérisation des
matériaux p. 76
c Analyse et caractérisation des
matériaux p. 76
1. Introduction
