Investigations complémentaires
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Topographie
Recensement des réseaux existants
Investigations géotechniques
Investigations géophysiques
Auscultation et suivi des ouvrages ferroviaires
Investigations et acquisitions de données
Pour permettre le bon dimensionnement des ouvrages sans tranchée, ou l’évaluation de l’impact sur les existants, il est nécessaire de procéder à des investigations et contrôles, qui s’articulent autour de 5 principales thématiques :
La topographie permet mesurer les lignes de niveau et les positions des existants afin de les replacer sur un fond de plan. La bathymétrie est une topographie spécifique qui permet d’obtenir des coupes de niveaux subaquatiques dans plans d’eau.
La géodétection des réseaux existants consiste au recensement de leur position précise sur la zone d’étude. Dans les milieux urbains, la localisation des réseaux est un sujet hautement sensible et dimensionnant pour tout projet sans tranchée.
La géotechnique consiste à prélever des échantillons de sol et à mesurer des paramètres in-situ par la réalisation de sondages ponctuels et destructifs. Des essais laboratoires sur les échantillons prélevés permettent de déterminer les caractéristiques principales des sols traversés.
La géophysique est un complément aux investigations géotechniques qui permet de visualiser en continu l’évolution des interfaces entre les différentes couches de sol identifiées sur le tracé à étudier.
L’auscultation et le suivi des ouvrages ferroviaires consistent à enregistrer et suivre les déplacements en surface induits par les travaux souterrains, afin de s’assurer que la situation reste dans des seuils acceptables.
L’importance des investigations pour les travaux sans tranchée
Exception faite de l’auscultation et du monitoring des ouvrages, qui est réalisé en cours des travaux de construction, les investigations et acquisitions doivent intervenir avant la réalisation de l’étude de faisabilité détaillée (l’étude G2 PRO). Ceci permet à l’ingénieur sans tranchée de connaitre avec précision l’environnement du projet afin de proposer la solution la plus pertinente et la plus fiable possible.
Topographie
Des données essentielles pour toute étude de faisabilité
Pour pouvoir dimensionner un projet sans tranchée, il est indispensable de disposer d’un relevé topographique précis de la zone du tracé (les points bas, les points hauts, les dénivelés, les reliefs, …) sur toute sa longueur.
Des relevés sont effectués avec les coordonnées de chaque point, en X, Y et Z, soit par GPS, soit par drone, suivant un système de référentiel prédéfini, propre à chaque région et/ou pays. Ceci permet de générer une représentation de la zone du projet, appelé le Modèle Numérique de Terrain (MNT), qui comprend l’ensemble des existants et des variations de niveaux : les routes, les trottoirs, les fossés, les arbres, les maisons, les bâtis en tout genre, les voies ferrées, les fleuves, le terrain naturel, … Sur la base du MNT, l’ingénieur sans tranchée est en mesure d’établir les plans et profils ainsi que les coupes de franchissement les plus fiables possible.
L’essentiel de la topographie
Dans quel cadre ?
Pour toutes les études de faisabilité
Pourquoi ?
Afin d’adapter le projet sans tranchée à l’environnement précis du site
Recensement et géodétection des réseaux existants
En complément de la topographie, le recensement des réseaux existants est un point critique pour les travaux sans tranchée, notamment en zones urbaines et péri-urbaines.
La réglementation anti-endommagement, entrée en vigueur en 2012, pose un cadre réglementaire sur la préparation et l’exécution des chantiers à proximité de réseaux enterrés existants. Conformément à ce cadre réglementaire, chaque ingénieur OPTIMUM est formé et titulaire de l’AIPR de niveau concepteur (Autorisation d’Intervention à Proximité des Réseaux).
Les réseaux existants : un enjeu crucial pour les travaux sans tranchée
Préalablement aux études de faisabilité, l’ensemble des concessionnaires détenteurs de réseaux enterrés sur une zone prédéfinie sont avertis des travaux souterrains potentiels.
Les concessionnaires ont ensuite l’obligation, sur un délai de quelques semaines, de confirmer la présence ou non de leurs réseaux.
Si oui, les concessionnaires doivent fournir des plans géoréférencés de leurs réseaux.
Chacun des réseaux de chacun des concessionnaires est ensuite repositionné sur les fonds de plans qui ont été relevés au stade de la topographie pour s’assurer que les réseaux transmis sont à la bonne place.
Les réseaux sont positionnés selon 3 classifications (A, B et C) selon la précision et certitude de leur emplacement. Des travaux souterrains ne peuvent être réalisés que si l’ensemble des réseaux sont en classe A, c’est-à-dire, localisés avec un niveau de précision de 50cm.
Si les réseaux sont en classes B ou C, des investigations complémentaires sur le terrain doivent être effectuées.
L’ingénieur sans tranchée est ainsi sûr pendant la phase de conception, de connaitre avec précision la position des différents réseaux. Il peut donc s’assurer que le profil de traversée évite et conserve des distances adéquates par rapport à l’ensemble des réseaux enterrés existants.
L’essentiel du recensement des réseaux
Dans quel cadre ?
Obligatoire pour tout projet sans tranchée
Dimensionnant pour les projets en zones urbaines / péri-urbaines et dans les zones de forte densité réseaux
Pourquoi ?
Afin de dimensionner le projet sans tranchée le plus fiable possible
Afin de garantir l’intégrité des réseaux existants
Afin d’assurer le bon déroulement des travaux en phase de construction
Investigations géotechniques
Les investigations géotechniques permettent de déterminer les caractéristiques mécaniques du sol à traverser. Elles sont indispensables pour la réalisation de l’étude de faisabilité détaillée (G2 PRO) et sont en général réalisées à l’issue de l’étude préliminaire (G1 ES / PGC).
Chaque projet sans tranchée est unique et nécessite une investigation géotechnique dédiée, définie en fonction du contexte du site et de la technique pressentie pour le franchissement. Il est donc essentiel qu’elle soit élaborée par un ingénieur spécialisé dans les techniques sans tranchée, qui saura positionner chaque point de sondage, en définir le type et la profondeur ainsi que les essais à mener in situ.
Un programme prévisionnel d’essais laboratoire est élaboré par le spécialiste sans tranchée en amont de la campagne. Il est important de l’ajuster dès que la réalité du terrain est connue, c’est-à-dire dès que les sondages ont été réalisés ; cela évite les essais redondants et l’omission d’information essentielle pour la suite de l’étude.
En général les investigations géotechniques sont une combinaison de sondages
Carottés pour prélever des échantillons intacts
Destructifs pour évaluer la consistance des terrains
À la pelle mécanique pour évaluer la taille et la quantité de gros éléments, dont la dimension dépasse celle du sondage.
L’équipement de certains sondages avec un piézomètre est nécessaire pour mesurer les fluctuations du niveau de la nappe au cours du temps.
Couplé avec de la géophysique, cet ensemble d’essais géotechniques permet de définir un modèle de sol et une coupe géotechnique interprétative fiables, base indispensable pour dimensionner ensuite le franchissement sans tranchée.
Les essais in-situ les plus fréquents
Perméabilité des sols : c’est un paramètre essentiel dans le sans tranchée, car il permet de vérifier avec quelle facilité un fluide transite dans la formation. Ceci est particulièrement important si un fluide est utilisé pour creuser (FHD et Microtunnelage)
Essais pressiométriques : ces essais permettent de mesurer ponctuellement les paramètres mécaniques du sol (les pressions limites, les pressions de fluage), qui caractérisent la consistance d’un sol
Essais pénétrométriques (Cone Penetration Test / Standard Penetration tests) : ces essais fournissent le même type d’information que les pressiomètres. Les essais CPT présentent l’avantage de tester le sol en continue ; ils sont également moins sensibles à la précision de l’opérateur et permettent d’évaluer le potentiel de liquéfaction des sols
Les essais en laboratoire sur des sols granulaires (sables ou graviers)
La granulométrie ou sédimentométrie qui mesure la taille des grains du sol
Les limites d’Atterberg qui mesurent l’argilosité des matériaux et donnent une bonne indication sur leur potentiel collant ou gonflant
L’essai au bleu de méthylène (VBS) : en complément de la granulométrie et sédimentométrie, il permet d’évaluer le potentiel collant ou gonflant d’une argile
Les essais triaxiaux / à la boite de Casagrande: ces essais permettent de mesurer les paramètres intrinsèques d’un sol, l’angle de frottement et la cohésion
Les essais en laboratoire sur des sols rocheux
La résistance à la compression, qui peut être mesurée directement (UCS) ou indirectement (Franklin) : il est pertinent des coupler les deux mesures afin de s’assurer de bien mesurer la résistance de la matrice rocheuse plutôt que la résistance de la cimentation d’un plan de fracture pré-existant
La résistance de traction (essai Brésilien), qui permet d’évaluer la forabilité d’une roche
L’essai d’abrasivité et de dureté (l’essai Cerchar).
Ces essais roches permettent d’estimer les difficultés éventuelles du forage ou du creusement, d’anticiper le type d’outil et leur vitesse d’usure pendant la réalisation des travaux.
Investigations géophysiques
Un complément précieux aux investigations géotechniques
Les investigations géophysiques sont un complément précieux aux investigations géotechniques sur des contextes géotechniques ou géologiques complexes et sur des ouvrages de grande longueur.
Ces investigations permettent de compléter les données acquises de manière ponctuelle et destructive et d’affiner avec une grande précision la coupe géotechnique du projet sur le linéaire complet de l’ouvrage. Leurs résultats peuvent également permettent d’affiner, ou de compléter, le programme d’investigations géotechniques, notamment en ciblant des zones où des anomalies ont été mesurées.
Le programme géophysique est généralement établit pendant l’étude préalable (la phase G1 PGC) et adapté selon les spécificités du projet : en fonction du site, de la profondeur à laquelle l’ouvrage sera installé, et du degré de précision nécessaire.
Différentes méthodes d’acquisition de données existent, électriques ou sismiques, et doivent être choisies à la fois en fonction des spécificités de chaque site mais aussi en fonction de la profondeur d’investigation nécessaire au projet.
Auscultation et suivi des ouvrages ferroviaires
Les travaux sans tranchée génèrent tous une modification de l’état du sol en place. Cette modification sera plus ou moins importante, momentanée ou sur la durée, en fonction de la technique sans tranchée employée, du contexte du site et de la profondeur de passage. Les franchissements sous des ouvrages existants, tels que des voies ferrées, demandent donc une attention particulière et des dispositions spécifiques pour s’assurer que les travaux souterrains ne génèrent pas de désordre en surface.
Avant et après le creusement : une auscultation de la plateforme ferroviaire de manière à garantir au gestionnaire qu’il n’y a pas eu de désordre de créé qui pourraient avoir une incidence sur l’environnement du site. L’auscultation peut être réalisée de différentes manières, selon la profondeur de passage de l’ouvrage
- Par géoradar : prise d’une image avant et après creusement sous la plateforme ferroviaire. Par comparaison, on constate la création ou non de désordre.
- Par une investigation géophysique, notamment sismique, si l’ouvrage est installé dans une formation très profonde et/ou sous la nappe phréatique.
Pendant le creusement : un suivi minutieux et en permanence de la géométrie des ouvrages ferroviaires. Il s’agit d’instrumenter les voies avec des capteurs et de faire des mesures de positionnement topographiques régulières, avec des alertes systématiques en cas de dérive en fonction des paramètres établis par le gestionnaire du réseau ferré.
Une fois les travaux finis : une période de suivi résiduel permet de s’assurer que les travaux n’ont pas généré de cavités souterraines dans la durée. À la fin de ces vérifications, les dispositifs d’auscultation sont retirés et le trafic ferroviaire reprend les conditions de circulation habituelle.