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LES NIVEAUX 1 - PRINCIPE Un niveau est défini par deux axes: l'axe vertical (ou

LES NIVEAUX 1 - PRINCIPE Un niveau est défini par deux axes: l'axe vertical (ou axe principal) et de l'axe de visée (ou axe optique). Ces deux axes sont perpendiculaires; l'axe de visée décrit ainsi un plan horizontal en tournant autour de l'axe vertical. L'axe principal est rendu vertical à l'aide d'une nivelle sphérique. Remarque : On peut éventuellement placer l'axe principal à la verticale d'un point au sol à l'aide d'un fil à plomb mais généralement, le niveau est mis en station sur un point quelconque entre les points à niveler. 1 – embase 2 – vis calantes 3 – rotation horizontale lente 4 – mise au point sur la mire 5 – objectif 6 – viseur 7 – oculaire 8 – anneau amovible 9 – contrôle de l'automatisme 10 – compensateur à pendule 11 – cercle horizontal 12 – nivelle sphérique (non visible ici) 2 – MISE EN STATION La mise en station d'un niveau est relativement simple puisque dans la très grande majorité des cas l'appareil est positionné sur un point quelconque. Mode opératoire : - positionner l'embase au centre du plateau du trépied et fixer le niveau avec la vis du trépied - enfoncer légèrement les branches du trépied dans le sol - vérifier que les 3 vis calantes ne sont pas en butée et qu'elles sont environ à mis course - si la bulle est collée sur le bord de la nivelle, décollez-la en utilisant les branches du trépied - positionner la bulle dans le cercle de la nivelle sphérique avec les vis calantes. Ghyslain FERRE Topographie_ESGT_ES1.odt page 93 Niveau NAK2 – coupe (document LEICA) LE NIVEAU 3 – NIVELLES ET COMPENSATEUR La nivelle sphérique d'un niveau a une sensibilité " s " faible de l'ordre de 8' à 10'. La sensibilité est l'angle au centre de la sphère enveloppe de la nivelle qui correspond à un arc sur cette sphère de 2mm. Application : Quelle serait l'erreur engendrée sur une lecture sur mire placée à 35m d'un niveau dont la sensibilité de la nivelle sphérique vaut s=8' si la bulle est calée à 0,2mm près ? On voit avec cet exemple que la précision d'une nivelle sphérique est largement insuffisante pour caler un niveau à l'horizontale. Les appareils anciens possédaient une nivelle torique (s≈10'') qui devait être calée avant chaque lecture puisque ce type de nivelle ne rend qu'un droite horizontale (et non un plan). Les niveaux actuels possèdent un dispositif appelé "compensateur automatique" qui remplace cette nivelle torique. Un compensateur est un système mobile pendulaire comprenant une petite partie du système optique de la lunette. La suspension est réalisée soit avec des fils, soit avec une lame flexible, soit avec un système magnétique (appareils actuels). Avec un compensateur, une partie du système optique est ainsi soumis à l'action de la pesanteur, ce qui permet de rendre l'axe optique horizontal. 4 – DIFFERENTS TYPES DE NIVEAU Niveau automatique : niveau muni d'un compensateur. Niveau bloc : niveau dont la lunette et la nivelle (torique ou à compensateur) sont liées l'une à l'autre. Niveau de chantier : niveau permettant de réaliser un nivellement "ordinaire" (σ > ±2mm/km de cheminement double). Niveau de (haute) précision ou niveau d'ingénieur : niveau permettant de réaliser un nivellement "de précision" ou "de haute précision" (σ < ±2mm/km de cheminement double). On distingue 3 classes de niveaux d'ingénieur parfois imposées dans les marchés : - classe I : σ ±1,5mm/km de cheminement double - classe II : σ ±1mm/km de cheminement double - classe III : σ ±0,4mm/km de cheminement double Niveau numérique ou niveau électronique : niveau permettant des lectures automatiques sur une mire à code-barres et l'enregistrement de ces mesures. Niveau laser : niveau souvent rotatif dont l'axe optique est décrit par un laser (utilisé dans les BTP). Ghyslain FERRE Topographie_ESGT_ES1.odt page 94 Données techniques des niveaux optico-mécaniques LEICA NA7** Données techniques des niveaux électroniques LEICA DNA03 et DNA10 Ghyslain FERRE Topographie_ESGT_ES1.odt page 95 LES MATERIELS ANNEXES 1 - MIRES a) Mires parlantes Les mires parlantes sont utilisées pour les nivellements ordinaires. Elles sont graduées tous les centimètres et permettent des lectures avec une estimation du millimètre. Ces mires peuvent être utilisées avec tous les niveaux munis d'une lunette optique. Les lectures sont réalisées par l'opérateur et donc sources d'erreurs (humaines). Conseil : Noter les lectures en millimètres et avec 4 chiffres, même si le premier est un 0 (lectures entre 0 et 1m). v : fil vertical. n ou fn : fil niveleur. s et s' : fils stadimétriques bas fb (s) et haut fh (s'). Les dénivelées sont calculées avec les lectures au fil niveleur. Les fils stadimétriques servent (lectures au mm) : - à contrôler la lecture au fn avec fn= fbfh 2 - à mesurer la longueur D de la portée avec D=fh−fb×100 . La formule précédente est donnée pour des mesures fh et fb en mètre. Sur le terrain, il est conseillé de reporter les mesures en mm (4 chiffres sans décimale). La distance est alors obtenue avec la formule : D= fhmm−fbmm  10 . b) Mires à code-barres Pour simplifier, les mires à code-barres fonctionnent sur le principe de la lecture numérique sur des "barres" qui forment un code que le niveau interprète. On peut mettre ce système en relation avec les codes servant à déterminer les prix lors des passages en caisse dans les supermarchés. Les lectures sont donc réalisées par l'appareil, l'opérateur devant juste viser la mire au préalable. Les erreurs humaines sont donc éliminées, par contre les conditions extérieures doivent être bonnes (lumière suffisante, conditions météorologiques favorables) pour que l'appareil puisse "lire" sur la mire. Ghyslain FERRE Topographie_ESGT_ES1.odt page 96 c) Mires Invar de haute-précision Ces mires comportent en général deux graduations centimétriques décalées gravées sur un ruban en Invar maintenu sous tension. L'Invar est un alliage acier-nickel dont le coefficient de dilatation est très faible dans les températures d'utilisation courante des matériels topographiques. Les mires Invar sont utilisées avec des niveaux de haute précision munis d'un dispositif de lecture appelé "lame à face parallèles" permettant de lire le 1/10 de mm et d'estimer le 1/100 de mm. La lame à face parallèle permet, en la faisant pivoter avec une molette, de décaler verticalement l'axe optique du niveau. Le décalage (ou appoint) est indiqué sur un micromètre. Ainsi, l'opérateur encadre une lecture ronde au centimètre sur la mire en décalant l'axe optique. Le centimètre est lu sur la mire et les millimètre, 1/10 et 1/100 de millimètres au micromètre. Remarque : Les mires Invar peuvent également être à code-barres avec lecture automatique. 2 - CRAPAUDS Un crapaud est un support métallique transportable servant de repère intermédiaire stable qui comporte une calotte sphérique sur laquelle la mire est posée. Le crapaud est transporté par le porte-mire lors d'un cheminement. Dans certains cas comme les cheminements doubles, on peut être amené à utiliser simultanément quatre crapauds. Attention aux confusions !!! Ghyslain FERRE Topographie_ESGT_ES1.odt page 97 ERREURS SYSTEMATIQUES Pour tout matériel utilisé lors de mesures, il existe des erreurs systématiques dues à la construction et/ou à l'usure mécanique. Ces erreurs peuvent être quantifiées et éliminées par des manipulations adaptées ou par calcul.  Le niveau étant muni d'une nivelle sphérique, celle-ci peut être déréglée. Si cette erreur est faible, le compensateur la compense. Sinon, il faut régler la nivelle avec ses vis de réglage.  Pour des nivellements de (haute) précision, il est important que la mire soit étalonnée pour éviter qu'une erreur d'étalonnage n'engendre des lectures erronées.  Une erreur due à la dilatation de la mire peut dégrader les mesures. Celle-ci est faible et négligeable pour des nivellements courants. Pour des nivellements de haute-précision, la règle en Invar est utilisée.  La mire peut dévier de la verticale si sa nivelle est déréglée. Cette erreur due à la non verticalité de la mire est négligeable pour des visée proches du bas de la mire. Par contre, il est maximal à son extrémité haute. Application : Une mire de 4m fait un angle de 1gon par rapport à la verticale. Calculer l'erreur en mm engendrée sur une lecture de 3800mm si cet angle est dans l'axe de visée ou perpendiculaire à celui-ci.  L'axe optique du niveau n'est pas parfaitement horizontal. Cette erreur ε est appelé défaut d'horizontalité de l'axe de visée. Elle peut être relativement importante, il est donc primordial de l'éliminer par des méthodes sur le terrain (égalité des portées pour un cheminement) ou par calcul (rayonnement). Pour l'éliminer par calcul, il faut avoir au préalable quantifié sa valeur. Ghyslain FERRE Topographie_ESGT_ES1.odt page 98 Élimination de l'erreur due au défaut d'horizontalité de l'axe de visée d'un niveau Pendant les mesures : Si l'on respecte l'égalité des portées pour une même station ( D arrière=Davant ), l'erreur e engendrée sur la lecture sur mire est la même en valeur et en signe à l'arrière et à l'avant. En effet, l'axe de visée décrit un cône quand le niveau tourne autour de son axe principal. L'erreur e s'élimine donc quand uploads/Litterature/ le-niveau.pdf