Brevet FR2328958A1 — publié le 19770520

la présente invention concerne un instrument servant à déterminer, en particulier sur chantier, les caractéristiques mécaniques d'un échantillon de sol. Le moyen le plus courant de caractériser Il état mécanique d'un sol meuble au repos est de aesurer sa résistance au cisaillement T , pour une sollicitation florale quelconque, r. Pour un sol meuble, la courbe de variation de r en fonction de Q est, avec une précision suffisante pour les applications pratiques, rectiligne. Un sol, dans un état donné, est donc caractérisé par une droite, dite droite de Coulo b, qui donne la résistance au cisaillement #, pour toute sollicitation normale, quelles que soient la facette considérée quand le sol est homogène et l'orientation de cette facette quand le sol est isotrope. L'angle de la droite 12 (r) avec l'axe des abscisses, F , est dit angle de frottement interne du sol. Son ordonne à l'origine, est égale à la con- trainte de cisaillement pour une contrainte normale nulle, on l'appelle la cohésion du sol, cc La figure 1 représente la droite de Coulomb d'un sol avec les notations définies ci-dessus. La résistance au cisaillement d'un sol meuble peut etre déterminée in situ, ctest-à-dire au point de mesure donné par l'intermédiaire d'appareils comas les pénétromètres ou les pressiomètres qui donnent des caractéristiques autres que t , mais liées à t , et qui demandent une interprétation de caractère à la fois empirique et théorique, qui introduit une imprécision non négligeable dans la assure ; ou bien aussi par l'intermédiaire d'appareils commue les scissomètres, mais qui permettent seulement de déterminer la cohésion de sols mous ou liquides. # peut aussi être déterminé en laboratoire, sur un échantillon non remanié, prélevé avec un moyen approprié et transporté, toujours sans remaniement, au laboratoire, en évitant en particulier la dessication par évaporation, ou il est soumis à un essai de cisaillement dans un appareil fixe, qui est généralement une botte de cisaillement ou un appareil dit triaxial. Pour "l'essai de cisaillement à la botte' l'échantillon de sol cylindrique est introduit dans une botte cylindrique de asies dimensions intérieures, coupée en deux parties, le long d'un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre, qui est maintenu vertical (fig. 2). L'ensemble est soumis à une charge axiale constante N. provoquant une contrainte r. la partie inférieure de la botte, 1, est solidaire d'un bâti fixe 2 ; la partie supérieure de la botte 3 est entrainée dans une translation perpendiculaire à l'axe de la botte par une force 4 produite par des poids 4 ou par un moteur. Les déplacements sont mesurés aux comparateurs 5 et 6.En général la vitesse de translation de la partie supérieure de la botte est fixée a priori, on mesure 4 pour différentes valeurs de t ; la valeur de 6 ne se stabilise qu'après un certain déplacement ; on prend compte en général de la valeur maxiiiii de * et parfois de sa valeur après stabilisation. La botte de Casagrande présente l'inconvénient suivant : la surface de cisaillement varie au fur et à mesure du processus, on peut en tenir compte dans le calcul de la résistance ; pour éviter cet inconvénient il existe des appareils de cisaillement où l'échantillon,torique, est soumis à une rotation mais il est nécessaire de remanier l'échantillon pour le remettre en place et l'appareil est donc pratiquement inutilisable. Un bâti de cisaillement courant a des dimensions (hauteur, longueur, largeur) au moins égales à 1 m ; la puissance mise en jeu lors de essai de cisaillement est de l'ordre du KW. Enfin, il existe un autre appareil de laboratoire, l'appareil triaxial, nettement plus complet et plus compliqué que la botte de cisaillement, qui permet d'appliquer à l'échantillon à la fois une pression normale et une pression de confinement variables. Tous les appareils utilisés dans la pratique présentent donc l'inconvénient d'être des appareils de laboratoire, encombrants, onéreux, difficiles à déplacer, si bien que c'est l'fichantillon qu'on apporte à l'appareil et non pas l'appareil à l'échantillon. Or, la mesure de cisaillement n'a de signification que si l'échantillon est identique au sol en place, et le transport de l'échantillon du lieu de prélèvement en laboratoire ainsi que le temps écoulé soumettent inévitablement l'échantillon à un remaniement mécanique et physico-chimique. La présente invention consiste en un appareil de cisaillement portatif permettant d'effectuer l'essai de cisaillement sur l'échantillon iini6diatement après son prélèvement, On peut vérifier que pour la plupart des sols meubles une force de cisaillement disponible à la bote d'environ 600 daN, (correspondant à c = 5 bar, rr = 6 bar, t = 30 ) compte tenu des résistances passives, est suffisante. Or, une vitesse de cisaillement de l'ordre de 0,15 mE/mn est courante. La puissance absorbée lors du cisaillement est alors de l'ordre de 1,5 watt pour la force maximum de 600 daN envisagée initialement. Or six piles de 1,5 volt et 0,3 ampère fournissent une puissance totale de 2,7 watt. Il suffit donc pour alimenter le bâti de cisaillement prévu d'une puissance disponible grace à quelques piles portatives, ce qui permet d'entrainer l'appareil de cisaillement de chantier décrit ci-dessous, qui outre une plus grande fidélité grâce à l'absence de remaniement permet par sa maniabilité et son faible prix de revient de multiplier les essais à budget égal et d'obtenir ainsi des mesures statistiques beaucoup plus sûres que des mesures isolées. Un exemple de valise portative de cisaillement est représenté sur la figure 3. L'échantillon cylindrique 7 est mis en place dans un support cylindrique coaxial composé de coupelles hémi-cylindriques régulièrement espacées, 8, 9, 10 et 11. La contrainte normale est exercée manuellement grâce au vérin 12 qui appuie sur l'une des extrémités de l'échan- tillons On peut aussi exercer et maintenir cette contrainte par un moteur ou hydrauliquement. Entre l'autre face de l'échantillon et le bâti rigide 13 est interposé un dynamomètre 14 pour la lecture de la contrainte normale. La contrainte de cisaillement est exercée par une coupelle hémi-cylindrique 15 coaxiale avec l'échantillon, analogue aux coupelles de support de l'échan- tillon, actionnéepar un mécanisme d'entraînement (volant 16) entraîné par des piles représentées schématiquement en 17. La tension de cisaillement est mesurée par un dynamomètre à inertie 18. Le cisaillement de l'échantillon se fait donc sur deux plans parellèles entre la coupelle mobile et les deux coupelles fixes choisies. Dans la valise telle que représentée sur le schéma, selon l'emplacement choisi pour la coupelle mobile, l'échantillon peut etre cisaillé en trois zones différentes. Onpeut donc choisir la zone de cisaillement dans la portion de 11 échantillon la mieux appropriée et cisailler plusieurs fois un meme échantillon en remplaçant la zone déjà cisaillée par un cylindre indéfortable par exemple en métal0 Comme dans les bâtis de cisaillement de laboratoire, il existe un léger remaniement dont l'influence est négligeable, de meme que celle de la pesanteur et donc de l'orientation de l'échantillon, à cause de la présence d'une contrainte normale. A titre d'exemple signalons les caractéristiques suivantes d'une valise : dimensions du bâti : environ 90 ci de long, 60 cm de large, 20 cm de haut. Echantillon de 72 mi de diamètre, et 45 cm de long ; coupelle hé-i-sphérique de 45 la de large. Contrainte normale de 1, 2, 3 ou 4 bar ; vitesse de cisaillement de 0,15 n/mn, soit pour un pas de vis du moulin du mécanisme d'entraînement de 1 mi, 0,15 tours/mn ; alimentation par six piles sèches de 1,5 volt et 0,3 ampère. Le manomètre servant à assurer la contrainte de cisaillement est mini d'une aiguille à inertie qui permet pour chaque essai de cisaillement de déterminer la tension de cisaillement maximum. On peut évidemment inaginer des mécanises d'entraînement permettant une vitesse variable et/ou un enregistrement de la contrainte de cisaillement résiduelle. REVENDICATIOKS : 1 - Appareil de cisaillement caractérisé par des dimensions par- mettant de l'inclure totalement dans une valise portative utilisable sur chantier. 2 - Appareil de cisaillement d'après la revendication 1 caractFri- sé par le fait que l'échantillon cylindrique à cisailler est maintenu par plusieurs coupelles hémi-cylindriques, fixes, coaxiales, équidistantes, le cisaillement étant effectué par une coupelle hémi-cylindrique coaxiale, lais opposée aux coupelles fixes, selon le schéma de la figure 3, la contrainte normale étant imposée et maintenue manuellement ou non. 3 - Appareil de cisaillement selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l'on peut disposer la coupelle mobile de cisaillement entre 2 coupelles fixes de support arbitraires, si bien qu'on peut cisailler l'échantillon dans la zone qu'on juge la plus appropriée et qu'on peut effectuer plusieurs cisaillements sur un meme échantillon en rempla- çant la portion antérieurement cisaillée par un cylindre indéformable. 4 - Appareil de cisaillement d'après les deux revendications let/ou 2 et 3, caractérisé par le fait que la contrainte de cisaillement est produite par un mécanisas d'entraînement, à vitesse constante mais variable, alimenté par une batterie de piles sèches incorporée dans la valise contenant l'appareil. **ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **. **ATTENTION** debut du champ CLMS peut contenir fin de DESC **. Le cisaillement de l'échantillon se fait donc sur deux plans parellèles entre la coupelle mobile et les deux coupelles fixes choisies. Dans la valise telle que représentée sur le schéma, selon l'emplacement choisi pour la coupelle mobile, l'échantillon peut etre cisaillé en trois zones différentes. Onpeut donc choisir la zone de cisaillement dans la portion de 11 échantillon la mieux appropriée et cisailler plusieurs fois un meme échantillon en remplaçant la zone déjà cisaillée par un cylindre indéfortable par exemple en métal0 Comme dans les bâtis de cisaillement de laboratoire, il existe un léger remaniement dont l'influence est négligeable, de meme que celle de la pesanteur et donc de l'orientation de l'échantillon, à cause de la présence d'une contrainte normale. A titre d'exemple signalons les caractéristiques suivantes d'une valise : dimensions du bâti : environ 90 ci de long, 60 cm de large, 20 cm de haut. Echantillon de 72 mi de diamètre, et 45 cm de long ; coupelle hé-i-sphérique de 45 la de large. Contrainte normale de 1, 2, 3 ou 4 bar ; vitesse de cisaillement de 0,15 n/mn, soit pour un pas de vis du moulin du mécanisme d'entraînement de 1 mi, 0,15 tours/mn ; alimentation par six piles sèches de 1,5 volt et 0,3 ampère. Le manomètre servant à assurer la contrainte de cisaillement est mini d'une aiguille à inertie qui permet pour chaque essai de cisaillement de déterminer la tension de cisaillement maximum. On peut évidemment inaginer des mécanises d'entraînement permettant une vitesse variable et/ou un enregistrement de la contrainte de cisaillement résiduelle. REVENDICATIOKS : 1 - Appareil de cisaillement caractérisé par des dimensions par- mettant de l'inclure totalement dans une valise portative utilisable sur chantier. 2 - Appareil de cisaillement d'après la revendication 1 caractFri- sé par le fait que l'échantillon cylindrique à cisailler est maintenu par plusieurs coupelles hémi-cylindriques, fixes, coaxiales, équidistantes, le cisaillement étant effectué par une coupelle hémi-cylindrique coaxiale, lais opposée aux coupelles fixes, selon le schéma de la figure 3, la contrainte normale étant imposée et maintenue manuellement ou non. 3 - Appareil de cisaillement selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l'on peut disposer la coupelle mobile de cisaillement entre 2 coupelles fixes de support arbitraires, si bien qu'on peut cisailler l'échantillon dans la zone qu'on juge la plus appropriée et qu'on peut effectuer plusieurs cisaillements sur un meme échantillon en rempla- çant la portion antérieurement cisaillée par un cylindre indéformable. 4 - Appareil de cisaillement d'après les deux revendications let/ou 2 et 3, caractérisé par le fait que la contrainte de cisaillement est produite par un mécanisas d'entraînement, à vitesse constante mais variable, alimenté par une batterie de piles sèches incorporée dans la valise contenant l'appareil.