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 à membrane déformable avec mesure par contre-pression (ci-dessous un capteur de pression interstitielle LPC PAC II C - modèle pour cavité.
Les piézomètres utilisent souvent des transducteurs de pression électroniques pour fournir des données. Le Bureau of Reclamation des États-Unis a établi une norme pour surveiller la pression de l'eau dans une masse rocheuse avec des piézomètres. Il utilise la norme ASTM D4750, «Méthode d'essai standard pour déterminer les niveaux de liquide sous la surface dans un forage ou un puits de surveillance (puits d'observation)». Au-dessus de la nappe phréatique Sonde de tensiomètre électronique: (1) coupelle poreuse; (2) tube rempli d'eau; (3) tête de capteur; (4) capteur de pression En tout point au-dessus de la nappe phréatique, dans la zone vadose, la contrainte effective est approximativement égale à la contrainte totale, comme le prouve le principe de Terzaghi. En réalité, la contrainte effective est supérieure à la contrainte totale, car la pression interstitielle de l'eau dans ces sols partiellement saturés est en fait négative. Ceci est principalement dû à la tension superficielle de l'eau interstitielle dans les vides dans toute la zone vadose provoquant un effet d'aspiration sur les particules environnantes, c'est-à-dire une aspiration matricielle.
L'eau présente dans les pores du sol est le siège, lors du chargement, d'une pression interstitielle u qui se dissipe dans le temps tandis qu'augmente la contrainte effective σ' du sol à court, moyen ou long terme (selon le type de terrain). La contrainte totale σ est donnée à chaque moment par la relation de Terzaghi avec: σ = σ' + u. Pendant la dissipation de cette pression interstitielle, le sol se déforme. Sous une sollicitation cyclique ou sismique, l'augmentation de cette pression peut provoquer une liquéfaction du sol (σ'≈ 0). Les recherches réalisées par le doctorant ont abouti à la création de deux prototypes et d'une chambre d'étalonnage étanche. Les prototypes de sonde diffèrent par l'implantation du capteur de pression interstitielle: pour le premier, positionné dans le tube fendu; pour le second, inséré directement dans la gaine souple extérieure. Un élément poreux est ensuite ajouté au mini-capteur et une membrane souple (cas de la sonde nue) ou une pièce métallique amovible (cas du tube fendu) protège l'ensemble électronique dont les signaux sont récupérés et analysés en temps réel en surface via l'instrumentation Dialog de Jean-Lutz SA.
Les variations de pressions interstitielle et totale peuvent ainsi être surveillées en différents points en temps réel. Un système de pluviation a, en outre, été élaboré pour contrôler l'indice de densité du terrain à étudier et paramétrer le débit de pluviation et la hauteur de chute. Pour les premiers essais de massif, le sable d'Hostun a été privilégié étant donné sa large utilisation comme matériau référence dans la bibliographie géotechnique. De nouveaux essais de validation et d'amélioration des prototypes vont être mis en place dans les prochains mois et tout au long de la thèse du doctorant Ifsttar/Jean-Lutz SA, pour une commercialisation de l'instrumentation souhaitée à l'issue de ces recherches. L'analyse et la comparaison des résultats obtenus feront l'objet de publications et de présentations dans différents congrès et Salons internationaux dédiés à la géotechnique, dont le Salon Solscope qui se tiendra les 26 et 27 juin prochains, au parc Chanot à Marseille. Jean-Lutz SA et l'Ifsttar estiment que l'ajout de la mesure de la pression interstitielle à l'essai pressiométrique Ménard pourra représenter une petite révolution dans le milieu de la géotechnique.
Un piézomètre est une sonde de niveau d'eau à introduire dans un tube piézométrique pour la mesure de la charge hydraulique dans un massif aquifère (niveau d'eau). Ce capteur est conçu pour le monitoring du niveau d'eau dans un tube piézométrique ou dans un réservoir. Il est également adapté au monitoring dynamique lors d'un test de pompage. Notre appareillage, les méthodes de mesure utilisées et la présentation des résultats pour des mesures de tube piézométrique ouvert, répondent aux exigences de la norme NF P94-157-1 (mars 1996). Suivi inclinométrique La sonde inclinomètrique est un capteur qui mesure le déplacement du tube dans le lequel elle est introduite. La mesure angulaire est ensuite traduite en déplacement – déformation en millimètres. La position des capteurs est fonction des caractéristiques de la structure et de la nature du sol. Pour les ouvrages profonds, nous vous proposons une chaîne inclinométrique composée de plusieurs capteurs capables de détecter les déplacements tous les mètres le long du tube.
Une représentation correcte de la contrainte dans le sol est nécessaire pour des calculs précis sur le terrain dans une variété de métiers de l'ingénierie.
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