Sismique en forage Down-Hole et Cross-Hole
Nous mesurons directement dans le forage, mètre par mètre, la vitesse des ondes P et S : c’est la méthode la plus directe pour établir le profil de rigidité des sols, calculer Vs,eq et déterminer la catégorie de sol pour la conception.
Déroulement d’un essai Down-Hole
Dans le forage, tubé avec un tube en PVC et cimenté, on descend un géophone triaxial (3C) doté d’un système d’ancrage à la paroi. En surface, à quelques mètres de l’orifice du forage, on génère l’impulsion : un impact vertical sur une plaque pour les ondes P, et un impact horizontal sur une poutre, dans les deux sens opposés, pour les ondes SH. L’inversion de polarité des ondes S entre les deux impacts permet d’identifier leur première arrivée avec certitude.
La mesure est répétée à intervalles réguliers, généralement tous les mètres, de la surface jusqu’au fond du forage. À partir des temps d’arrivée, corrigés en fonction de l’obliquité du trajet, on établit les dromochrones des ondes P et S et l’on calcule les vitesses d’intervalle, couche par couche.
Vs,eq et catégorie de sol
Les Normes techniques pour la construction (D.M. 17/01/2018) classent le sol en fonction de la vitesse équivalente de propagation des ondes de cisaillement :
Vs,eq = H / Σ (hᵢ / Vs,ᵢ)
où hᵢ et Vs,ᵢ désignent l’épaisseur et la vitesse de la couche i, et H la profondeur du substratum, défini comme une formation dont Vs est supérieure ou égale à 800 m/s ; si le substratum se trouve à plus de 30 m de profondeur, on prend H = 30 m. La catégorie de sol – de A à E – utilisée pour définir l’action sismique de calcul est déterminée à partir de Vs,eq et de la profondeur du substratum.
Cross-Hole
Lors d’un essai Cross-Hole, la source et le récepteur sont placés à la même profondeur dans deux forages alignés ou plus : les ondes suivent un trajet horizontal et la vitesse est mesurée couche par couche avec une résolution élevée, y compris en présence de couches minces ou d’inversions de vitesse. La verticalité des forages est contrôlée afin de corriger les distances réelles.
Résultats fournis
- Dromochrones des ondes P et S
- Profils de vitesse d’intervalle Vp et Vs
- Vs,eq et catégorie de sol (NTC 2018)
- Rapport Vp/Vs et coefficient de Poisson
- Modules élastiques dynamiques G₀ et E₀ aux petites déformations
- Comparaison avec MASW, HVSR et la stratigraphie du forage
Du géophone en forage au profil Vs
Le géophone triaxial descend dans le forage ; à chaque profondeur, la source en surface génère une onde P et une onde S, dont les premières arrivées sont enregistrées et reportées sur les dromochrones. Les pentes permettent de calculer les vitesses d’intervalle et, sur les 30 premiers mètres, Vs,eq. Dans l’exemple, avec des valeurs illustratives, Vs,eq est d’environ 316 m/s, ce qui correspond à la catégorie de sol C.
- Ondes P
- Ondes S
- Vs,eq sur les 30 premiers mètres
Questions fréquentes
Quand privilégier un essai Down-Hole plutôt qu’une MASW ?
La MASW est une méthode de surface, rapide et économique, qui établit un profil Vs moyenné sur le déploiement. Le Down-Hole mesure les temps d’arrivée directement le long du forage, avec une résolution métrique et sans dépendre d’hypothèses sur le modèle : il est à privilégier pour les ouvrages importants, les sols présentant des inversions de vitesse ou lorsqu’un forage est déjà disponible.
Comment calculer Vs,eq selon les NTC 2018 ?
La vitesse équivalente se calcule selon la formule Vs,eq = H / Σ(hᵢ/Vs,ᵢ), où hᵢ et Vs,ᵢ désignent l’épaisseur et la vitesse de chaque couche, et H la profondeur du substratum, c’est-à-dire de la formation dont Vs est supérieure ou égale à 800 m/s. Si le substratum se trouve à plus de 30 m de profondeur, on prend H = 30 m.
De quoi a-t-on besoin pour réaliser l’essai ?
Un forage tubé avec un tube en PVC et cimenté avec un mélange adapté, afin de garantir le couplage entre le tubage et le sol. Pour le Cross-Hole, il faut au moins deux forages alignés, dont la verticalité est contrôlée. Nous pouvons indiquer les spécifications de préparation avant le forage.
Souvent associés à cette étude
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