Brevet FR2279108A1 — publié le 19760213

La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant d'effectuer en place la mesure des coefficients de consolidation et de permiabilite d'un sol. Les coefficients de consolidation et de perméabilité, souvent symbolisés par les lettres Cv et K, sont deux paramb- tres utilisés en mécanique des sols pour définir la nature physique caractéristique d'un sol. La méthode la plus couramment utilisée pour mesurer ces coefficients Cv de consolidation et K de perméabilité consiste a prélever un échantillon dans le sol du terrain que l'on désire étudier, échantillon que l'on placera ensuite, au laboratoire, dans un oedomètre à l'aide duquel on pourra ensuite effectuer sur ledit échantillon les essais qui permettront, en théorie, de connaître la valeur desdits coefficients pour le sol consi déré, Mais en pratique, l'expérience montre que l'application d'une telle méthode entrain couramment des incertitudes ou erreurs sur la détermination de la valeur de ces coefficients de consolidation et de perméabilité qui peuvent être dans un rapport de 1 à 10 ou même de 1 à 100 pour les sols finsb En effet, il est bien évident que les résultats de ces essais effectués en laboratoire à l'aide de l'oedomètre, sont grandement affectés par le remaniement qui s'est produit dans la structure de l'échantillon lors du carottage et lors de la taille dudit échantillon. Aussi la présente invention a-t-elle pour but de proposer un procédé et un dispositif permettant la mesure en place des coefficients de consolidation et de perméabilité d'un sol d l'aide d'un perméamètre d'un type connu en soi grâce auxquels on puisse être sûr que l'influence dudit perméamètre se fera sentir dans le sol qui l'environne jusqu'≈une distance relativement grande par rapport sa propre dimension. Ce but est atteint conformément à la présente invention d'une part, tout d'abord, grace S un procédé caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer le volume d'eau aspiré, ou injecté, & travers un permbambtre qui est place dans un sol, en appliquant & cette eau une pression inférieure, ou respectivement supFrieure, a la pression neutre, mais qui est maintenue cons tante tout au long de cette mesure ainsi ainsi que, d'autre part, gr ce S un dispositif de mesure caractgrisé en ce qu'il comporte des moyens respectivement destinés, d'une part, a assurer d'une façon connue en soi l'aspiration, ou l'injection, d'eau dans.un sol a l'aide d'un perméamètre, d'autre part, à mesurer la quantité d'eau qui a ainsi été aspirée, ou injectée, et enfin å garantir que ladite aspiration, ou ladite injection, d'eau s'effectuera avec une pression constante tout au long de ladite mesure, Un premier avantage de la présente invention par rapport à la technique de l'essai a charge variable qui consiste ! appliquer une dépression ou une surpression instantanée au perméamètre et à mesurer la variation de cette pression en fonction du temps, est que la zone d'influence dans le sol est beaucoup plus grande. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description suivante donnée & titre indicatif et non limitatif du présent procédé et d'un mode de réalisation d'un dispositif de mesure le mettant en oeuvre. Cette description est faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique représente un schéma théorique de principe de ce dispositif de mesure, Comme on peut le voir sur cette figure unique, le dispositif de mesure en place des coeffidents de consolidation et de perméabilité d'un sol de l'invention, comporte deux parties destinées l'une assurer l'aspiration, ou l'injection de l'eau grace à un perméamètre non représenté, et l'autre à garantir que ladite aspiration, ou ladite injection, d'eau s'effectuera bien avec une pression constante tout au long de la mesure. Cette première partie destinée à aspirer, ou à injecter, de l'eau 1 dans le permbametre, comporte essentiellement un vérin 2 dans la chambre 2a duquel se trouve ladite eau 1. Les mouvements de piston 2b solidaire de la tige 2c du vérin 2 sont commandés & partir d'un moteur électrique 3 auquel est associée une botte de vitesses 4 qui permet de choisir la vitesse du déplacement du piston 2b, soit dans le sens de la floche 5, qui correspond à une aspiration de l'eau 1, soit dans le sens de la flèche 6, qui correspond à une injection de ladite eau 1. L'eau 1 contenue dans la chambre 2a du piston 2 est as pirée du perméamètre ou injectée vers ce dernier à l'aide d'une conduite 7 qui raccorde ledit perméamètre non représenté à ladite chambre 2a du vérin 2. La deuxième partie de ce dispositif, qui est destinée à garantir que la pression de l'eau 1 restera bien constante, et égare à la pression initialement choisie, tout au long de la mesure, c'est-à-dire tout au long du déplacement du piston 2b du vérin 2, comporte essentiellement un tube en U 8 dont le fond 8a et la partie inférieure des deux branches 8b et 8c sont remplis d'une masse continue de mercure 9. La première branche 8b de ce tube en U 8 est raccordée à la partie supérieure par une canalisation 10 à un échangeur huile/eau 11. Cet échangeur huile/eau Il est raccordé au perméamètre non représenté par une canalisation étanche 12. Ainsi, cette canalisation 12 contient également de l'eau 1 jusqu'à un niveau la situé dans l'échangeur huile/eau 11. Au-dessus du niveau la dans l'échangeur huile/eau 11 et dans tout le volume de la canalisation 10 jusqu'au ménisque supérieure 9a de la colonne de mercure contenue dans la branche 8b du tube en U 8 se trouve une huile 13. Ainsi, cette huile 13 constitue-t-elle un liquide tampon destiné à transmettre la pression depuis la face supérieure la de l'eau 1 jusqu'au ménisque 9a de la masse continue de mercure 9, sans que ladite eau 1 et ledit mercure 9 soient directement en contact. Une autre canalisation 14 raccorde l'extrémité supérieure de la branche 8c du tube en U 8 & la chambre 15a d'un vérin 15 d commande manuelle. La chambre l5a du vérin 15 ainsi que tout le volume de la canalisation 14 jusqu'au ménisque supérieure 9b de la colonne de mercure 9 contenue dans la branche 8c du tube en U 8 sont également remplis avec de l'huile 13. Un manomètre à lame d'acier 16 destiné à mesurer la pression régnant dans l'huile 13 contenue dans la chambre 15a du vérin 15, est raccordé par une conduite 17 à ladite chambre 15a dudit vérin 15. Enfin, trois électrodes 18, 19 et 20 sont respectivement placées la première en contact avec la masse continue de mercure 9 contenue dans le fond 8a du tube en U 8, tandis que les deux autres 19 et 20, sont situées dans un même plan horizontal très légèrement au-dessus des deux ménisques 9a et 9b lorsqu'ils sont situés au même niveau, la seconde électrode 19 pénétrant dans la branche 8b du tube en U 8 au-dessus du ménisque 9a tandis que la troisième électrode 20 pénètre dans la branche 8c du tube en U 8 au-dessus du ménisque 9k. Une conduite 21, pouvant être ouverte ou fermée par un obturateur 22 est remplie d'huile 13, est raccordée à l'une de ses extrémités 21a à la conduite 14 dans laquelle elle débouche, et à son autre extrémité 21b dans la conduite 10 dans laquelle elle débouche également, cette conduite 21 étant ainsi placée en parallèle avec le tube en U 8. Ce tube en U 8 comporte dans le prolongement de son fond 8a une vis 23 dont la tete est constituée par une molette de commande 23a et qui peut pénétrer plus ou moins pro fondément dans ledit tube en U 8 par vissage ou par dévissage. Il est ainsi possible de faire varier à l'aide de cette vis 23 le volume intérieur du tube en C 8 compris entre la section de la branche 8b contenant l'électrode 19 et la section de la branche Sc contenant l'électrode 20. Les trois électrodes 18 19 et 20 sont chacune raccordées par un fil dont seubl'extrémité, respectivement 24, 25 et 26 est représentée, a un pupitre d'altmentation et de commande 27, Ce pupitre d'alimentation et de commande 27 est raccordé d'une part, par des fils 28 b une batterie 29 et, d'autre part, par un faisceau 30 au moteur electrique.3. Enfin, un comparateur 31 dont le bottier est solidaire du corps 2d du vérin 2,vient mesurer par sa tige 31a dont l'extrémi- té vient coopérer avec un ergot 2e solidaire de la tige 2c dudit vérin 2, la longueur des déplacements axiaux dans le sens de la flèche 5 ou dans le sens de la flèche 6 de ladite tige 2c. Il découle de ce qui précède le fonctionnement suivant. On choisit à l'aide de la commande manuelle du vérin 15 la dépression ou la surpression que l'on désire appliquer à l'eau contenue dans le perméamètre. Ainsi dans le cas par exemple d'une dépression, au fur et à mesure de l'aspiration de l'eau a l'int6- rieur du permEamètre sous l'effet de cette dépression, ladite dépression aura tendance à diminuer. Il s 'en suivra par consequent une surpression relative dans la branche 8b du tube en U 8, ce qui aura pour effet de déplacer la masse de mercure 9 vers la branche 8c dudit tube en U 8.Lorsque le ménisque 9b de cette masse de mercure 9 atteindra le niveau de l'électrode 20 contenue dans cette branche 8c, la masse de mercure 9 fermera le circuit entre l'électrode 20 et l'électrode 18 ce qui aura pour effet, par l'intermédiaire du pupitre 27. de commander la mise en marche du moteur électrique 3 dans le sens correspondant à un déplacement du piston 2b du vérin 2 dans le sens de la flèche 5.Ainsi l'aspiration d'eau 1 dans la chambre 2a du vérin 2 viendra-t-elle compenser l'aspiration d'eau dans le perméamètre et assurer ainsi un retour vers la valeur de la dépression choisie initialement et con trdlOe à l'aide du manomètre à lame d'acier 16, AU cas où ce retour de la dépression vers sa valeur initiale serait trop important et où la dépression deviendrait au contraire trop grande, il s'en suivrait inversement une dépression relative dans la branche 8b du tube en U 8.La masse de mercure 9 se déplacerait alors vers cette branche 8b du tube en U 8 et lorsque le ménisque a de ladite masse de mercure 9 atteindra l'électrode 19 située dans cette branche 8b, ladite masse de mercure 9 fermera le circuit entre l'électrode 18 et l'électrode 19, ce qui aura pour effet de commander la mise en marche du moteur électrique 3 dans le sens correspondant au dOplacement du piston 2b du vérin 2 dans le sens de la flèche 6. I1 est bien entendu que, lorsque les deux ménisques 9a et 9b de la masse de mercure 9 sont situés au même niveau, les trois électrodes 18, 19 et 20 sont isolées entre elles et le moteur électrique 3 arrêté. De plus, outre la boite de vitesses 4, un rhéostat 32 permet d'ajuster avec précision la vitesse du moteur électrique 3. Dans le cas d'une injection d'eau 1, consécutive à une surpression initiale à l'intérieur du perméamètre, un raisonnement identique à celui qui vient d'être fait pour le cas correspondant à une dépression initiale montrerait que la masse de mercure 9 se déplacerait maintenant vers l'électrode 19 jusqu'à la fermeture du contact entre les électrodes 18 et 19 qui commanderait la mise en marche du moteur électrique 3 dans le sens correspondant à un mouvement du piston 2b du verin 2 dans le sens de la flèche 6. I1 est bien entendu que le mode de réalisation donné ci-dessus n'est donné qu'à titre d'exemple purement indicatif et qutil est par conséquent possible d'y apporter diverses modifications souhaitables sans pour autant sortir du cadre de la présente invention délimité par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 - Procédé permettant la mesure en place des coefficients de consolidation et de permeabilité d'un sol à l'aide d'un perméa mètre de type connu en soi, caractérisé en ce qu'il consiste a mesurer le volume d'eau aspiré, ou injecté, à travers ledit per méamètre qui est placé dans ledit sol, en appliquant à cette eau une pression inférieure, ou respectivement supérieure, à la pression neutre, mais qui est maintenue constante tout au long de cette mesure. 2 - Dispositif de mesure en place des coefficients de conso lidation et de perméabilité d'un sol destiné à être raccordé à un perméanètre d'un type connu en soi, caractérisé en ce qu'il com porte des moyens respectivement destinés, d'une part, à assurer d'une façon connue en soi l'aspiration, ou l'injection, d'eau dans ledit sol à l'aide dudit permeamètre, d'autre part, à mesurer la quantité d'eau qui a ainsi été aspirée, ou injectée, et enfin, & garantir que ladite aspiration, ou ladite injection, d'eau s'effec tuera avec une pression constante tout au long de ladite mesure, 3 - Dispositif de mesure en place des coefficients de conso lidation et de perméabilité d'un sol selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen destiné a garantir que l'injection, ou l'aspiration, d'eau dans le sol s'effectuera avec une pression constante tout au long de la mesure, comporte une masse continue de mercure placée dans les deux branches d'un tube en U dans l'ùne desquelles on applique une pression de référence sur le ménisque de la colonne de moire qu'elle contient, l'autre desdites branches du tube en U étant, elle, raccordée par une canalisation étanche au circuit d'aspiration, ou d'injection, d'eau du perméamètre, et que trois électrodes sont placées respectivement, l'une dans la dite masse de mercure et les deux autres au-dessus du ménisque de la colonne de mercure contenue dans chacune des branches dudit tube en U, lorsqu'ils se trouvent tous les deux au même niveau, de sor te qu'un déséquilibre de pression dans un sens ou dans l'autre fer mera l'un ou l'autre des contacts entre la première desdites élec trodes et la deuxième, ou la troisième, et permet ainsi la commande d'une variation appropriée de la vitesse de l'aspiration, ou de l'injection, de l'eau par le perméamètre. 4 - Dispositif de mesure en place des coefficients de consolidation et de perméabilité d'un sol selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un-échangeur huile/eau est interposé sur la ca canalisation étanche qui raccorde l'une des branches du tube en U au circuit d'aspiration, ou d'injection, d'eau du perméamètre,de sorte que ladite huile constitue un liquide tampon destiné à transmettre la pression de ladite eau jusqu'au ménisque de la colonne de mesure contenue dans ladite branche du tube en U, sans que ladite eau et ledit mercure soient directement en contact, la pression de réf6- rence etant également appliquée sur le ménisque de la colonne de mercure contenue dans l'autre branche dudit tube en U par l'inter~ médiaire d'une huile identique, contenue dans une autre canalisation. 5 - Dispositif de mesure en place des coefficients de consolidation et de perméabilité d'un sol selon la revendication 4, ca caractérisé en ce qu'une conduite pouvant être ouverte ou fermée par un obturateur est placée en parallèle avec le tube en U et est raccordée a chacune de ses extrémités à l'une et à l'autre, respectivement, des deux canalisations remplies d'huile qui débouchent chacune dans l'extrémité supérieure de l'une des branches dudit tube en U. 6 - Dispositif de mesure en place des coefficients de consolidation et de perméabilité d'un sol selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le tube en U qui contient la masse continue de mercure comporte un moyen permettant de faire varier le volume compris entre les plans de section dans lesquels se trouvent respectivement placées les deuxième et troisième électrodes, de sorte qutil est ainsi possible de modifier la valeur du déséquilibre minimal de pression qui entrasse la fermeture de l'un des contacts en faisant varier ledit volume. 7 - Dispositif de mesure en place des coefficients de consolidation et de perméabilité d'un sol selon la revendication 6, ca ractérisé en ce que le moyen permettant de faire varier le volume du tube en U compris entre les plans de sections dans lesquels se trouvent respectivement placées les deuxième et troisième électrodes est constitué par une vis qui peut rentrer plus ou moins dans ledit tube en U par vissage ou par dévissage. 8 - Dispositif de mesure en place des coefficients de consolidation et de perméabilité d'un sol selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les moyens destinés respectivement d'une part, & assurer l'aspiration ou l'injection, d'eau dans le sol à l'aide du permeambtre et, d'autre part, à mesurer la quantité d'eau qui a été ainsi aspirée, ou injectée, sont constitués respectivement par un vérin dont le corps contient une partie de ladite eau et dont le dSplacement du piston est commandé par un moteur électrique et par un comparateur qui permet la mesure exacte de la longueur dudit déplacement du piston dudit vérin, 9 - Dispositif de mesure en place des coefficients de consolidation et de perméabilité d'un sol selon la revendication 8, ca caractérisé en ce que le moteur électrique est piloté et alimenté en courant à partir dtun bottier de commande qui reçoit ses informations depuis les électrodes du tube en U. 10 - Dispositif de mesure en place des coefficients de consolidation et de perméabilité d'un sol selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'une boute de vitesses permettant de choisir la vitesse du déplacement du piston du vérin est interposée sur la chaste cinématique reliant le moteur électrique et ledit piston du vérin.