Les jauges de contrainte surveillent les travaux de l’A2 à Maastricht contre les risques d'affaissement.

Avenue2, consortium de Strukton et Ballast Nedam, est actuellement en train de creuser un tunnel sous Maastricht pour dérouter l'autoroute A2. C'est un projet extrêmement complexe, non seulement parce que le fond de l'excavation se situe à une profondeur de 22 mètres, mais également en raison des caractéristiques propres du sol et aussi le fait qu'il y a de nombreux immeubles à trois mètres à peine du chantier. Pour surveiller 24/7 si l'excavation est stable et si elle ne présente aucun danger d’affaissement, Avenue2, en collaboration avec HBM, a installé des jauges de contrainte sur la partie inférieure des appuis verticaux de l'excavation. Celles-ci sont destinées à mesurer les forces exercées par les palplanches sur les appuis verticaux.

Les caractéristiques du sol sont des éléments importants touchant à l’incertitude de la construction de l'A2. Une partie de la terre, le long des 2.3 kms de travaux, se compose d’une marne fragile. Habituellement, c’est un sol assez ferme, mais la résistance passive du fond de l'excavation peut chuter lorsque les contraintes d’eau augmentent dans la marne. De plus, la marne peut contenir des poches de gravier contenant de l’eau mais aussi des cavités (karsts). Si la résistance s’affaiblit, s’il y a des karsts et s’il y a beaucoup d’eau le fond de l’excavation peut éclater. Un affaissement peut donc se produire si aucune action n'est pas prise à temps, avec pour conséquence possible des dommages importants tant sur l'excavation elle-même que sur les bâtiments environnants, mais aussi créer des retards sur le projet. C'est pourquoi Avenue2 a développé un système de surveillance en temps réel de l’état du sol et autour de l'excavation.

Surveillance en temps réel

« Nous utilisons un ensemble de mesure sur l'A2 pour la surveillance des changements de caractéristique du sol et pour permettre une intervention opportune dans le but d’empêcher un affaissement » explique Hessel Galenkamp, expert Monitoring and Engineering chez Strukton. « Nous mesurons sans interruption l’état des murs extérieurs des bâtiments situés à proximité de l'excavation. Nous utilisons des inclinomètres automatiques à l'extérieur des palplanches et sur l’intérieur nous mesurons les efforts exercés par l'eau, à l'aide de capteurs de pression placés dans les appuis verticaux. Une autre méthode est aussi employée pour mesurer les charges sur les appuis horizontaux. Nous faisons cela avec des jauges de contrainte qui ont été fournies et adaptées par HBM Waalwijk. »

La planification du travail exécuté par HBM a été un défi considérable. Les programmes du chantier sont très serrés et la charge de travail peut devenir très importante. La logistique sur les appuis est vraiment essentielle, ainsi pouvoir réserver une journée entière dédiée à l’installation des jauges de contrainte sur chaque appui était assez difficile à gérer, ce qui demandait de la part d’HBM un niveau énorme de flexibilité.

Méthode d'observation

Galenkamp explique : « Jusqu'à quatre couches de paroi ont été installées dans l'excavation, aux profondeurs de 0, 4.5, 11.5 et 16.5 mètres. Les jauges de contrainte ont été placées seulement sur la plus basse couche et uniquement dans la partie de l’excavation où nous avons dû faire face à de la pierre à chaux quelque peu fragile. Nous avons équipé tous les trois appuis avec des jauges de contrainte disposées à quatre endroits autour de sa circonférence. Les données ont été immédiatement numérisées et mises en ligne, de manière à ce nous puissions suivre l’avancement du tunnel ». Galenkamp poursuit « Nous creusions le sol par étapes hors de l'excavation, en commençant par une tranchée centrale soutenue à l’aide de palplanches. Sur l'écran de ma tablette, je pouvais observer en temps réel l’évolution des forces, c’était un bon moyen d’observer le processus des travaux. Cette méthode d’observation du processus est appelée : Optimisation de la construction par la surveillance en temps réel des points de départ avec des scénarios prédéfinis pour une intervention ».

Valeurs limites non dépassées

Jusqu'ici, le système de mesure fonctionne très bien avec une disponibilité en ligne à plus de 98 % du temps. Les charges sur les appuis et les efforts de l'eau ont été surveillés par roulements de 24h. Des alertes automatiques ont été envoyées par SMS si les valeurs limites prédéfinies étaient dépassées. Une valeur de signal de 4000kN, égale à une force de 400 000 kg sur chaque appui vertical, a été définie comme niveau d’alerte à partir duquel l'entrepreneur devait agir. La valeur limite pour une intervention a été fixée à 6000kN et une équipe entière de crise se tenait prête, jour et nuit, au cas où cela se produirait.

« La phase initiale d'observation est maintenant finie » poursuit Mr Galenkamp « et les valeurs limites n'ont pas été dépassées. Les forces d’appui ont augmenté au fur et à mesure que le creusement progressait mais elles n'ont jamais atteint la limite des 4000 kN. Nous avons observé un changement brusque de la répartition des charges d’appui en raison des changements du sol derrière les palplanches, mais la situation se stabilisait immédiatement. Nous pouvions même voir les effets de réchauffement du au soleil sur les appuis. » La deuxième phase et dernière phase d’observation commencera en décembre de cette année.

Surveillance pour plus de sûreté

« Nous effectuons une surveillance afin d'être certains que nous puissions creuser sans risque le sol de l'excavation. En premier lieu, c’est pour assurer la sécurité des personnes et des équipements sur l'emplacement du chantier, mais aussi d'empêcher des dommages sur le tunnel et sur les bâtiments environnants en raison d’un possible affaissement. Pendant le processus de surveillance, nous recueillons les informations qui sont utiles pour la progression du projet. En effet, comme nous avons vu que les forces demeurent au-dessous des valeurs limites, nous pouvons envisager d'employer un peu moins d'appui verticaux dans l'excavation. Ainsi les coûts de production et frais de transport ainsi que les barrages routierspeuvent être réduits pour ne parler que d’économies temporaires possibles à faire. Cette optimisation signifie que le coût d’investissement du système de surveillance est pratiquement remboursé. »

Une autre économie est survenue de manière inattendue : il s'est avéré être difficile de vidanger la marne, ce qui a signifié que les tensions d’eau étaient défavorables et ont même dépassé les niveaux limites. Mais elles ont été compensées de façon encourageante par les forces d’appui. Les ingénieurs sur place pouvaient être informés pour libérer l'excavation, ce qui explique qu'il n'y a eu aucun retard. »

« Je pense que nous pourrions probablement contrôler les futurs projets grâce à une meilleure efficacité de surveillance » conclut Galenkamp. « Dans l'industrie du bâtiment, nous essayons constamment de trouver un équilibre entre les coûts et la sécurité. D’une part, les entrepreneurs pensent que les concepteurs sont trop conservateurs et d'autre part les concepteurs pensent que les entrepreneurs prennent trop de risques. Les données acquises nous informent que nous pouvons donner à ces avis une nouvelle dimension. La surveillance en temps réel nous indique quelles forces sont en jeu dans de tels chantiers de construction. Nous pouvons ainsi probablement les concevoir de telle manière pour que dans le futur les structures demeurent fortes et sûres, tout en nous permettant de construire plus rapidement, avec moins de matériel et à moindre coût.

Produit concerné

Jauges de contrainte
HBM propose une très large gamme de jauges de contrainte électriques et optiques pour l'analyse des contraintes et la fabrication des capteurs.

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Strukton

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