Brevet FR2343252A1 — publié le 19770930

La presente invention concerne un appareil à sonde munie de membranes plates extensibles permettant de mesurer sur le site les modules de déformation de couches de terrain. Il est bien connu qu'il est très important de pouvoir mesurer aussi correctement et avec autant de précision que possible les modules de déformation des terrains. En particulier, la reproductibilité de ces mesures revet une tres grande importance. Ces mesures doivent donc etre aussi peu sensibles que possible aux moyens qui permettent de les effectuer. Ces mesures s'effectuent maintenant généralement à l'aide d'appareils appelés mesureurs de pression, ces appareils étant caractérisés par l'utilisation de structures élastiques extensibles permettant d'exercer des pressions dans toutes les directions sur les parois de la cavité à l'intérieur de laquelle elles travaillent. Ces dispositifs de technique antérieure reposent sur l'utilisation d'ondes sonores utilisées une fois que le dispositif est placé dans le sol et des mesures de précision nécessitent beaucoup de soin et beaucoup de temps. En outre, il est extrêmement difficile avec ces dispositifs d'obtenir des mesures reproductibles. I1 existe également des appareils de mesure par penétration qui ne reposent pas sur l'utilisation d'ondes sonores, mais ces appareils sont prévus pour briser le sol plutôt que pour mesurer les modules de déformation. La présente invention a pour but de pallier ces difficultés en creant un dispositif permettant une mesure précise fiable et répetitive des modules de déformation de couches de terrain sans qu'il soit necessaire d'effectuer des mesures relatives de pénétration d'ondes sonores. A cet effet, la présente invention concerne une sonde caractérisée en ce qu'elle comprend des tiges parallé lepipediques avec pointe de pénétration dans le sol, une chambre de pression communiquant avec I'extérieur par deux ouvertures circulaires sur deux faces opposées fermées par deux membranes métalliques extensibles, des moyens étant prévus pour l'admission et lféchappement d'air comprimé dans la chambre, et des contacts électriques pour répondre aux déplacements des membranes métalliques. Les moyens de mesure sont également équipés d'éléments permettant de les fixer à des tiges de pénétration classiques pouvant avoir des sections transversales semblables ou de formes différentesJpar exemple circulaires. Par suite, la présente invention présente l'avantage très important qu'on peut utiliser des dispositifs d'enfoncement d'usage courant dans les appareils de pénétration classique pour obtenir l'introduction dans le sol, ce qui a pour résultat de réduire le coût global de l'installation. Un autre avantage de l'invention vient du fait que la translation horizontale des membranes sous pression comprime le terrain suivant une direction simulant parfaitement la composante de déplacement horizontal d'un poteau dans le sol, ce qui permet d'obtenir une information significative sur la résistance du terrain en ce qui concerne cette composante. La description détaillée qui suit est effectuée avec référence aux dessins ci-joints, dans lesquels - La figure 1 représente une vue latérale du dispositif selon l'invention; - La figure 2 est une vue en coupe effectuée suivant la ligne 1-1 de la figure 1. En se référant plus partlculièrement à la figure 1, on peut voir le corps de la sonde équipé d'une pointe permettant l'introduction et l'enfoncement de celle-ci dans le sol. A l'intérieur de cette sonde se trouve la chambre de pression cylindrique 2 dont l'axe horizontal communique avec I'extérieur par deux ouvertures circulaires 3 se faisant face sur deux côtés opposés du corps de la sonde. A I'extérieur de chacune de ces ouvertures, et dans une position concentrique par rapport à celle-ci, se trouve une fente circulaire 4 dans laquelle viennent se loger des rebords de fixation, comme cela sera décrit dans la suite. La surface extérieure 5 du corps de sonde comprise entre les ouvertures circulaires 3 et les fentes 4 est légèrement entaillée par rapport à la surface extérieure 6 de la sonde, sur une profondeur égale à ltépaisseur de la membrane 7. Les membranes métalliques en forme de coupelle s'appuient sur des garnitur-es 9 logées dans le fond de parties circulaires en creux 4, et ces membranes sont montées par des vis sur les rebords métalliques 8 qui viennent au-dessus des parties en creux. Cette disposition permet aux membranes de ne pas faire obstruction à l'introduction de la sonde dans le sol. A l'intérieur des ouvertures 3 du boitiez, qui est spécialement constitué à cet effet, se trouvent deux rondelles en matiere isolante qui, en plus du fait qu'elles forment la paroi intérieure de support et de protection des membranes, maintiennent également en place la soupape d'échappement. Les ouvertures 3 sont essentiellement équipées d'un petit cylindre Il fermé a' une extrémité, muni d'un trou d'admission 12 et d'un bec de sortie 13. A l'intérieur du petit cylindre, se trouve un petit piston 15 libre de glisser sans jeu à l'intérieur, ce petit piston comprimant un ressort hélicoidal 16 qui agit entre l'extrômité intérieure du petit piston et la cloison de fermeture du petit cylindre. L'autre extrémité du petit piston 15 et la surface extérieure-de la partie fermée du petit cylindre Il reposent sur les surfaces intérieures des membranes 7 à travers les trous centraux des rondelles 10. Ces rondelles isolantes cylindriques 10 sont traversées par deux broches de contact électrique x et y qui assurent le contact électrique avec les membranes 7. Ces deux contacts sont reliés par un petit câble au tableau central de commutation placé à l'extérieur. Le bec d'évacuation 13 est relié à l'extérieur par un petit tube de métal ou de matière plastique 17, et il est possible d'injecter de l'air comprimé dans la chambre de compression par un conduit 18. Des tiges de prolongation et d'avancement couramment utilisées pour d'autres types de sonde peuvent venir à la partie supérieure de la présente sonde lorsque celle-ci pénetre dans le sol. Ces tiges de prolongation doivent être conçues pour qu'on puisse faire passer à l'intérieur les conduits d'admission et d'échappement d'air, et pour qu'on puisse également faire passer les petits câbles électriques branchés par des moyens classiques au conduit 18, au petit tube 17 et aux contacts x et y respectivement. Le tableau de commande naturellement placé à la surface comporte une source de pression qui, par l'intermédiaire d'une soupape à pointeau, permet l'introduction d'un gaz dont on contrôle la pression au moyen d'un manométrie. Ce dernier est lui aussi placé sur le tableau de commande et sa liaison avec le câble de commande est assurée par un conducteur pneumatique. Le tableau de commande comporte également une batterie qui alimente deux voyants lumineux quand les deux conducteurs électriques du câble de commande forment un courtcircuit avec le bloc situé à proximité de la pointe. L'appareil est décrit ci-après dans son utilisation. Quand la pointe est enfoncée dans le sol à la profondeur voulue, on introduit progressivement de l'air comprimé par le conduit 10 dans la chambre de compression. Cet air comprimé agit sur les membranes en s'opposant simplement, en très peu de temps, à la pression exercée en sens inverse sur les membranes par le terrain. Lorsque la pression résultant de l'enfoncement dans le sol se trouve équilibrée,toute augmentation même faible, de la pression interne, provoque le mouvement des membranes vers l'extérieur. Dès que cela se produit, les membranes se détachent d'elles-mêmes des broches de contact x et yJen coupant ainsi le circuit et en signalant sur le tableau de commutation le démarrage du mouvement des membranes. En lisant à ce moment la pression de la soupape P1 sur le manomètre, on peut connaître la pression exercée par le terrain juste avant le mouvement des membranes En continuant d'envoyer du gaz, on dilate les membranes et le ressort 16 contenu dans le cylindre 11 déloge le petit piston 15 qui suit le mouvement des membranes sur la gauche comme on peut le voir sur la figure 2, le petit cylindre ll suivant la membrane de droite. Lorsqu'on continue d'introduire de l'air, les deux membranes s'écartent l'une de l'autre de sorte que l'extrémité intérieure du petit piston 15 dégage l'orifice d'échappement, c'est-h-dire le bec 13. A ce moment, une situation d'équilibre est créée entre la pression interne et la pression externe due aux forces de compression du terrain, car l'air admis en excès s'échappe par le bec 13. Cet événement est signalé par le manomètre du tableau par adjonction d'une valeur constante P2 à la pression régnant à l'intérieur de la chambre de compression. Par différence entre P1 et P2, et par lecture de la valeur de la distance parcourue par les membranes, il est possible de calculer la valeur des modules de déformation du terrain par la théorie des dalles etayant un sol élastique. Bien évidemment, le dispositif permettant de relever les pressions et les déplacements peut se réaliser de nombreuses autres manières. On peut également relever en continu les courbes pression-déplacement, en remplaçant le dispositif pneumatique à contact électrique par un transducteur de déplacement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à lTexemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Sonde pour mesurer sur le site les modules de déformation des terrains, sonde caractérisée en ce qu'elle comprend des tiges parallélépipédiques avec pointe de pénétration dans le sol, une chambre de pression communiquant avec l'extérieur par deux ouvertures circulaires sur deux faces opposées fermées par deux membranes métalliques extensibles, des moyens étant prévus pour l'admission et l'échappement d'air comprimé dans la chambre et des contacts électriques pour répondre aux déplacements des membranes métalliques. 20) Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que les membranes métalliques sont en forme de coupelles et sont fixées à une extrémité par compression d'un dispositif à rebords métalliques. 30) Sonde selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre de pression comporte une ouverture de circuit équipée de garnitures isolantes supportant la face intérieure des membranes. 40) Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une soupape d'échappement logée à l'intérieur de la chambre de pression, cette soupape comportant un petit cylindre fermé à une extrémité et muni d'un orifice d'admission d'air et d'un bec d'évacuation (13), un petit piston pouvant glisser sans jeu à l'intérieur du petit cylindre, et un ressort de poussée étant prévu entre l'extrémité interne du petit piston et l'extrémité fermée du petit cylindre afin de commander la soupape. 50) Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de contact électrique sont constitués par un certain nombre de broches fixées sur la surface intérieure des garnitures isolantes de manière à traverser celles-ci et à venir s'appuyer sur les membranes métalliques pour donner un signal électrique de coupure lorsque ces membranes métalliques se déplacent. 60) Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le déplacement des membranes d'une amplitude prédéterminée déclenche l'enregistrement d'un signal électrique indiquant que la pression d'équilibre est atteinte à l'intérieur de la chambre de pression. 70) Procédé pour mesurer sur le site les modules d'élasticité des terrains en utilisant la sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, procédé caractérisé en ce qu'on commence par injecter de l'air comprimé dans la chambre de pression pour équilibrer tout d'abord la pression exercée par le terrain sur les membranes, et on continue ensuite à injecter de l'air à une pression supérieure å celle exercée par le terrain, de manière à provoquer ainsi une déformation des membranes vers l'extérieur de la sonde, cette déformation provoquant le mouvement de séparation du piston par rapport au petit cylindre sous l'action du ressort de poussée jusqu'à ce que l'ouverture d'échappement du petit cylindre soit découverte et permette ainsi l'échappement de ltair en excès vers l'extérieur. 8 ) Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 a' 7, caractérisée en ce que le début de la déformation des membranes vers l'extérieur détache les membranes des contacts électriques en provoquant ainsi la coupure du circuit électrique qui se ferme à travers le corps de la sonde, ce qui a pour conséquence de donner un signal d'indication électrique.