Brevet FR2002538A1 — publié le 19691017

i 2002533 La présente invention concerne un appareil et un procédé pour la mesure de la pression de l'eau dans les pores di/sol. La pression de l'eau dans les pores du sol cohérent, peut donner des indications importantes sur la stabilité du sol et sur 5 le tassement ultérieur ae ce oernier. Pour mesurer la pression de l'eau dans les pores, divers systèmes sont déjà connus. L'appareil le plus simple est un tube de jauge ouvert, qui est introduit dans le sol à la profondeur désirée. Toutefois, par suite du gradient de pression et de la résistance à l'écoulement, on ne peut pas se 10 fier à la mesure obtenue. De plus, il est connu de déterminer la hauteur de l'eau dans un tel tube au moyen d'un manomètre. Dans sa forme la plus simple, ce tube est pourvu d'un filtre, le tube est introduit dans le sol et il est complètement rempli avec de l'eau ; un mano-15 mètre est disposé au-dessus du sol. Un inconvénient de cette disposition est dû au fait que le manomètre dépasse le niveau du sol et que la température et les bulles d'air ascendantes peuvent affecter la mesure. De plus, la quantité d'eau requise pour mesurer la hauteur au moyen d'un manomètre peut conduire à une mesure im-20 précise. Afin d'éviter ces inconvénients, des appareils de mesure de la pression d'eau dans les pores ont été conçus, dans lesquels la mesure de la pression s'effectue essentiellement au point de mesure dans le sol. A cet effet, une membrane élastique est adap-25 tée de façon à obturer la partie inférieure du tube, qui communique avec le sol avoisinant au travers d'un filtre, et qui est complètement remplie d'eau. Cette membrane peut faire partie d'un condensateur dont la capacité, qui dépend de la pression, peut être mesurée à la manière habituelle. L'avantage en est que la 30 quantité d'eau requise pour la mesure est faible. Les inconvénients sont toutefois la complexité de l'étalonnage, l'apparition d'une dérive du zéro par suite de la déformation permanente de la membrane, la nécessité de corrections pour tenir compte des fluctuations de la pression de l'air, et la non-linéarité de la 35 mesure. De plus, la membrane peut être endommagée lorsque le tube est rapidement introduit dans le sol. Dans un autre appareil connu de mesure de la pression d'eau dans les pores, un petit manomètre à tube de Bourdon est utilisé dans lequel l'élasticité provient d'une corde mise en 40 oscillation de manière à créer un circuit alternatif pour la 69 04599 2 o n n ? r ? q N>* /— V. . W mesure de la pression de l'eau dans les pores. Un tel appareil ne supporte pas non plus une surcharge au moment de son introduction dans le sol. L'invention procure un appareil de mesure de la pression de 5 l'eau dans les pores, ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. L'appareil de mesure de la pression suivant l'invention est caractérisé par la présence d'un soufflet cylindrique, monté pratiquement coaxialement dans la partie inférieure d'un tube 10 devant être introduit dans le sol; le soufflet est soumis à l'influence de la force d'un ressort tendant à déployer le soufflet vers le bas, tandis que ses déplacements vers l'intérieur et l'extérieur sont limités par des arrêts ; le soufflet possède une très forte rigidité radiale, et une de ses extrémités est reliée à un 15 noyau magnétique qui forme un couplage magnétique entr'un enroulement primaire et deux enroulements secondaires d'un transformateur différentiel, de façon à produire un signal en courant alternatif, variable suivant la déformation du soufflet. Par suite de la forte rigidité radiale et de la limitation 20 de la déflection, un tel soufflet peut supporter une surchargé considérable, de sorte que le tube de mesure peut être introduit dans le sol très rapidement. Dans le domaine de mesure désiré , le signal de mesure fourni par le transformateur différentiel est essentiellement linéaire en rapport avec le déplacement du souf-25 flet et par suite avec la pression de l'eau. Plus particulièrement, le transformateur différentiel est relié avec un capteur-redresseur de phase, au moyen duquel le sens de la déviation peut être déterminé, et, avec l'aide d'un-filtre et des étages de changement de phase appropriés, les har-30 moniques supérieurs sont éliminés dans le signal de sortie du transformateur différentiel ; les changements de phase incontrôlables dans le transformateur peuvent être éliminés par le maintien d'une relation fixe entre les deux enroulements secondaires et la tension sur l'un de ces enroulements ; cette dernière est, 35 par exemple, maintenue en phase ou en opposition de phase avec le signal de mesure, et elle peut être utilisée comme une tension de contrôle pour le capteur-redresseur de phase. De préférence, le signal de sortie est mesuré par la détermination de zéro, dans laquelle la tension rectifiée, alimen-40 tant le primaire, peut être utilisée comme voltage compensateur 69 04599 3 2002533 pour éliminer l'influence des fluctuations de tension. De plus, un tel circuit peut très facilement être étalonné, de sorte que les mesures d'appareils différents peuvent être parfaitement comparables les unes aux autres ; ces appareils sont, 5 ainsi, complètement interchangeables. La partie inférieure du tube de mesure est obturée par un filtre qui, de préférence, consiste en un élément poreux ayant essentiellement la forme d'un cône, dont l'extrémité est couverte par une plaque métallique en forme de cône, dont l'angle d'ouver-10 ture est plus grand que celui de l'élément filtrant, de manière à protéger cet élément contre la pollution, lorsqu'il est introduit dans le sol, tout en laissant ce point accessible a l'eau qu sol pendant la mesure. L'espace entre le soufflet du manomètre et l'intérieur de 15 l'élément filtragt dans le tube est de préférence rempli avec un liquide tel que/l'huile, qui n'affecte pas le soufflet, et la partie intérieure du filtre est séparée de l'huile par un sac ou une feuille élastique permettant le transfert de pression sans que l'eau du sol et l'huile soient mélangés. 20 L'invention est expliquée plus en détail avec référence au dessin, dans lequel : La figure 1 montre une coupe longitudinale d'un appareil suivant l'invention, et la figure 2 est un schéma d'ensemble de la partie électri-25 que de cet appareil. L'appareil de mesure de la pression de l'eau dans les pores, illustré par la figure 1, comprend un tube 1 devant être introduit dans le sol et, monté dans la partie inférieure dudit tube, un élément poreux 2 fermant cette partie. Près de l'extrémité infé-30 rieure, un soufflet 3 est placé dans le tube, et il y est fixé de manière étanche à la paroi du tube 1. Une tige 4, dirigée axiale-ment est disposée à l'intérieur du soufflet ; elle est entourée d'un ressort enroulé 5 qui est supporté fixement à une de ses extrémités, l'autre extrémité appuyant sur la face terminale mobile du 35 soufflet 3. Autour du soufflet, un bracelet ou emboîtement ouvert 6 est disposé, de façon à guider l'extrémité de la tige 4 et limiter le mouvement vers l'extérieur du soufflet. Son mouvement vers l'intérieur est limité par un écrou 7 vissé à l'extrémité de la tige 4. L'autre extrémité de la tige 4 est reliée à un noyau magné-40 tiquement perméable 8 d'un transformateur différentiel, comprenant 69 04599 4 2002533 un enroulement primaire 9 et deux enroulements secondaires 10 et 11, ces derniers étant disposés symétriquement par rapport au premier. Un signal en courant alternatif, fourni à l'enroulement 9, est transmis par ce noyau aux enroulements 10 et 11 dans une pro-5 portion qui est fonction de la position du noyau par rapport à ces enroulements, et, par conséquent, de la déformation du soufflet 3. Ces enroulements 10 et 11 sont reliés en séries et en opposition, de sorte que, dans la position neutre, le voltage du secondaire est approximativement nul. Les enroulements 10 et 11 sont reliés 10 aux éléments du circuit, décrit plus loin, qui sont, par exemple, montés sur un tableau électrique 12, sous la forme d'un circuit imprimé ou autre. Un câble de connexion 13 est relié au tableau électrique ; ledit câble, conduisant à l'appareil de mesure placé au-dessus du sol, est fixé de manière étanche à l'eau à la partie 15 la plus profonde du tube au moyen d'un anneau d'étanchéité en caoutchouc 14 ou similaire et d'un écrou 15. Le câble lui-même procure une égalisation de pression entre l'air ambiant et l'air dans la partie inférieure du tube 1. Lorsque le tube a été introduit dans le sol, la pression 20 de l'eau agit sur le soufflet 3, qui, par suite, est plus ou moins comprimé, et le noyau du transformateur différentiel est déplacé en conséquence ; donc, lorsque l'enroulement primaire reçoit le courant alternatif, le signal de sortie varie d'une manière pratiquement linéaire en fonction du déplacement du soufflet. 25 Lorsque ce tube 1 est introduit dans le sol, une surpres sion dépendant de la vitesse d'introduction s'exerce sur le soufflet. Par suite de la limitation de la poussée vers l'intérieur du soufflet 3 par l'écrou 7 et de la forte rigidité radiale des plis du soufflet cylindrique, en particulier si le déplacement 30 vers l'intérieur est limité, une surcharge considérable, pouvant atteindre jusqu'à, par exemple, cinq fois la pression normale, peut être admise. Par suite, le tube de mesure peut être introduit dans le sol beaucoup plus rapidement que les appareils de l'art antérieur.. 35 II est préféré que le soufflet 3 n'entre pas en contact avec l'eau du sol. Par suite, l'espace à l'extérieur du soufflet est de préférence rempli avec de l'huile, qui reste séparé de l'élément poreux filtrant 2 par un sac ou une feuille élastique 17, imperméable à l'eau et à l'huile, entourant l'extrémité du-dit 40 élément, à l'intérieur du tube 1. 69 04599 5 7002533 Afin d'éviter de boucher l'extrémité en forme de cône de l'élément filtrant pendant l'introduction rapide dans le sol, une plaque métallique 16 est fixée a ce bout, par exemple à l'aide d'un ciment. L'angle d'ouverture de cette plaque- est plus grand que ce-5 lui du bout de l'élément 2, laissant ainsi un" certain jeu entre les deux, de sorte que l'eau du sol puisse atteindre ce bout. La figure 2 montre un diagramme simplifié du circuit électrique faisant partie de l'appareil à mesurer la pression d'eau dans les pores. Au moyen d'un fil conducteur 18, l'enroulement 9 10 est relié à un oscillateur électrique 19' placé au-dessus du sol, ■ fournissant, par exemple, une tension alternative à 1 kHz. Les enroulements secondaires 10 et 11 sont reliés aux circuits 20 et 21, respectivement, au moyen desquels les harmoniques supérieurs sont filtrés et éliminés, et de plus, un ajustement précis de l'opposi-15 tion de phase des deux tensions secondaires peut être obtenu. A une extrémité, le circuit 21 est relié à la masse et à l'autre au circuit 20, dont la seconde extrémité est reliée au fil de mesure 22. Un moyen d'ajustement 23 est incorporé dans ce fil de mesure pour étalonner le signal de sortie. De plus, la connexion entre 20- les circuits 20 et 21 est reliée au fil 24. Les fils 18, 22 et 24 et, le cas échéant, un fil de masse, font partie du câble 13. Les parties 20, 21, et 23 sont montés sur le tableau électrique 12. Le circuit 20 peut fournir un changement de phase fixé, tandis que le circuit 21 peut être ajusté, ce qui permet un ajus-25 tement précis de la relation' de phase pendant l' étalonnage1. Ainsi,-en éliminant les harmoniques' supérieurs et en ajustant la phase avec l'aide du circuit 21, le signal de mesure dans le fil 22 peut être rendu égal exactement à zéro, dans-la position neutre du noyau maqnétique 9. L'ajustement du zéro peut être ob-un 30 tenu par/déplacement axial de l'ensemble d'enroulement. L'étalonnage du signal de mesure est, d'autre part, obtenu à l'aide d'un moyen d'ajustement 23, Le fil 22 est relié à un capteur-redresseur de phase 26 au moyen d'un amplificateur linéaire 25, ce dernier étant contrôlé par 35 les signaux sur le fil 24. Ces signaux sont toujours exactement en phase ou en opposition de phase avec les signaux de mesure sur le fil 22, de sorte que le contrôle du redresseur 26 reste- indépendant des changements de phase incontrôlables dans le transformateur différentiel et le circuit qui lui est connecté. Le signal de 40 sortie du redresseur 26 correspond alors exactement au déplacement 69 04599 6 2002533 du noyau du transformateur. Le signal de sortie du redresseur 26 est comparé avec la tension de sortie de l'oscillateur 19, après avoir redressé cette tension dans un redresseur 27, cette comparaison étant effectuée 5 dans un comparateur 28 relié à un appareil de mesure 29, pour obtenir une mesure précise du zéro. Le signal de sortie du redresseur 26 et le signal de référence du redresseur 27 dépendent de la même manière de la tension de l'oscillateur 19, de sorte que l'influence des fluctuations de la tension est neutralisée. Le 10 comparateur 28 est pourvu d'un bouton d'ajustement manuel pour ramener à zéro l'appareil de mesure 29, et l'ajustement de ce bouton peut être lu sur une échelle indiquant directement la pression d'eau. Dans le cas de fils de connexion longs, la tension de ré-15 férence fournie au redresseur 27 devrait de préférence être dérivée de l'un des terminaux de l'enroulement primaire 9 du transformateur différentiel, comme indiqué par la ligne en pointillé 30. Des moyens d'égalisation d'impédance peuvent être incorporés dans le fil de connexion pour obtenir une compensation de la longueur du fil. 20 Ainsi, l'invention réalise-t-elle un appareil dont la par tie à introduire dans le sol est de construction très robuste et insensible à une surcharge considérable ; l'étalonnage de cet appareil peut être obtenu d'une manière simple. De plus, le nouvel appareil de mesure peut fournir une mesure très précise dans la zone 25 de mesure intéressante. La partie électrique placée au-dessus du sol fournit un transfert très fidèle des signaux de mesure. Les circuits de mesure peuvent être étalonnés de façon fort précise, de sorte que des tubes et des circuits de mesure arbitraires peuvent toujours 30 être couplés mutuellement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux détails de la forme d'éxécution décrite1 à titre d'illustration seulement. 69 04599 7 9002538 REVENDICATIONS 1. Appareil pour mesurer la pression de l'eau du sol dans les pores du sol cohérent, comprenant un tube à introduire dans la terre, dont l'!intérieur communique avec le sol par des ouvertures, et des moyens pour la mesure de la pression de l'eau, ca- 5 ractérisé en ce qu'un soufflet, généralement cylindrique, est monté coaxialement dans la partie inférieure de ce tube, de façon étanche par rapport à la paroi interne du tube, le-dit soufflet étant soumis à la force d'un ressort dirigée vers le bas, déployant le soufflet qui présente une très forte rigidité ra- 10 diale, les déplacements du soufflet vers l'intérieur et vers l'extérieur étant limités par des arrêts. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un noyau magnétiquement perméable est fixé à la partie mobile du soufflet, formant un couplage magnétique entr'un enroulement ^ primaire et deux enroulements secondaires d'un transformateur différentiel au mo^en duquel un signal en courant alternatif peut être obtenu, correspondant au déplacement du soufflet. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque enroulement secondaire-du transformateur est relié à un 20 filtre et à un circuit de changement de phase reliés en série, lesdits circuits étant tels que les harmoniques supérieurs du-dit signal sont supprimés, ces circuits pouvant être ajustés pour obtenir avec précision une opposition de phase des signaux de sortie. 25 4» Appareil suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le signal de sortie des circuits connectés en série est transféré à un capteur-redresseur de phase, qui est contrôlé par un signal de référence dérivé de l'une de ces étapes. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précéden- 30 tes, caractérisé par l'existence d'un circuit de comparaison, dans lequel le signal de mesure redressé est comparé avec le signal redressé, fourni à l'enroulement primaire du transformateur différentiel. 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le 69 04599 8 2002533 signal fourni au redresseur est dérivé de l'une des extrémités de l'enroulement primaire du tran sformateur dans le tube de mesure même. 7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par des moyens d'égalisation d'impédance pour compenser l'influence de la longueur du câble de connexion. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube est obturé à son extrémité inférieure par un élément filtrant de forme conique, constitué par une plaque métallique en forme de cône, fixée au bout de cet élément, et présentant une ouverture d'angle au sommet plus grande que celle de l'élément filtrant. 9. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'espace entre l'élément filtrant et le soufflet contient un fluide n'affectant pas le soufflet, ce fluide étant séparé de la partie inférieure de l'élément filtrant au moyen d'un sac ou d'une feuille élastique.