Brevet FR2376422A1 — publié le 19780728

La présente invention concerne la création d'impulsions de pression dans un terrain. On connaît différents moyens pour créer des impulsions de pression dans un terrain, et notamment le recours à des explosifs. Ces moyens ne permettent pratiquement pas de créer des impulsions contrôlées et la présente invention a pour but de fournir une technique permettant de créer des impulsions contrôlées. Cette possibilité de créer des impulsions contrôlées ouvre la voie à un développement de certains procédés de mesure géotechnique et elle permet notamment d'utiliser ces impulsions pour obtenir certaines informations au moyen des appareils connus sous la dénomination de "pressiomètres". Bien que cette application de la création d'impulsions selon l'invention soit l'un des objets principaux de l'invention, elle ntest cependant pas limitative des applications de l'invention qui comprennent aussi l'utilisation d'autres capteurs géotechniques placés dans des conditions où ils sont sensibles et, de préférence, le plus sensible à l'effet des impulsions sur le terrain. Selon l'invention, on réalise la création d'une impulsion de pression dans un terrain en enfonçant dans le terrain une cellule à paroi dilatable et en appliquant à l'intérieur de la cellule la détente d'un gaz comprimé. Comme source de gaz comprimé, il est préconisé d'utiliser un réservoir relié à la cellule par une communication commandée par un robinet ou similaire ou d'utiliser une source de gaz comprimé munie d'un détendeur relié à la cellule par une communication commandée par un robinet ou similaire. Le premier cas est préféré car il constitue un moyen simple et sûr d'obtenir une impulsion contrôlée, le volume du réservoir et la pression de compression pouvant être parfaitement définis et un simple étalonnage permettant d'ajuster cette pression pour obtenir une pression d'impulsion déterminée. Pour créer une succession d'impulsions sans que la fréquence des impulsions soit tributaire du temps nécessaire au remplissage d'un réservoir, il est préconisé selon l'invention d'utiliser une batterie de réservoirs communiquant d'une part avec une source de gaz et d'autre part avec la cellule, ces communications étant réalisées et commandées en sorte que l'un seulement des réservoirs se détende dans la cellule, les autres réservoirs étant alors isolés de la cellule et, éventuellement, en communication avec la source de gaz pour être rechargés. Il est préconisé d'arranger le circuit pneumatique en sorte qu'une commande unique commande simultanément les communications appropriées des réservoirs avec la cellule et avec la source. De préférence, il est préconisé, selon l'invention, de purger la cellule après chaque impulsion et de commander cette purge par ladite commande unique qui agit par exemple pour mettre l'intérieur de la cellule en relation avec une soupape de façon à ramener à une valeur définie la pression dans la cellule. Dans une réalisation typique, on met en oeuvre un dispositif qui comprend deux réservoirs reliés par un distributeur à la cellule et par un autre distributeur à une source de gaz comprimé (éventuellement par l'intermédiaire de réducteurs de débit), ces deux distributeurs étant commandés pneumatiquement par un distributeur principal qui commande également un circuit de purge relié à la cellule. Comme cela a déjà été indiqué, une application principale de la présente invention est la mesure in-situ des caractéristiques mécaniques d'un terrain, notamment avec un pressiomètre auquel l'invention confère un caractère "dynamique". On connatt le principe du pressiomètre qui a été décrit dans de nombreuses publications et notamment dans les brevets français 1 117 983 et 1 234 756. Pcur l'essentiel, le pressiomètre comporte une cellule à paroi gonflable qui est introduite dans le terrain et qui est reliée en surface, par une canalisation, à un dispositif qui permet d'introduire dans la cellule une quantité déterminée de liquide sous une pression de gaz, le dispositif comportant des moyens permettant de faire varier la pression du gaz et de mesurer, sous forme d'un niveau de liquide, les variations correspondantes du volume de la cellule, lesquelles dépendent notamment des caractéristiques mécaniques du terrain. On plaie la cellule à impulsions et la cellule de mesure du pressiomètre dans des positions relatives telles que les impulsions affectent le terrain au voisinage immédiat de la cellule de mesure. Selon la présente invention, on dispose ladite cellule de mesure à l'intérieur de la cellule à impulsions en sorte qu'il y ait, en l'absence d'impulsion, un contact entre les deux parois gonflables. En fait, on connais déjà un pressiomètre comportant une cellule de mesure associée à une cellule de garde gonflable qui est prévue pour titre gonflée à une pression en relation avec la pression dans la cellule de mesure, et on peut avantageusement utiliser cette cellule de garde comme cellule à impulsions. La cellule de mesure permet, par un essai pressiométrique statique connu en soi, de déterminer une courbe pression-volume jusqu'à une pression limite correspondant à la rupture du terrain. Selon la présente invention, on choisit, de préférence, une pression maximale dans la zone pseudo-élastique de la courbe pressiométrique et on choisit la pression de gaz dans les réservoirs du pulseur en sorte que les impulsions de pression aient une valeur correspondant sensiblement à cette pression maximale, ce que l'on obtient par étalonnage. En outre, on règle la soupape de purge en sorte que la pression de purge corresponde sensiblement à une pression minimale choisie. L'essai pressiométrique "dynamique" consiste alors à réaliser entre deux mesures pressiométriques statiques un ou plusieurs cycles comprenant chacun un passage par impulsion de la pression minimale à la pression maximale et un retour par purge de la pression maximale à la pression minimale. Il est notamment préconisé de faire crotte le nombre de cycles en progression géométrique. Les dessins joints sont destinés à faciliter la compréhension des enseignemenJs et des avantages de a présente invention. Sur les figures la fig. 1 est un schéma de principe d'une réalisation d'un pressiomètre équipé conformément à la présente invention, la fig 2 est un schéma du dispositif pour la création des impulsions, la fig. 3 est un graphique donnant une courbe pression/volume typique d'un essai pressiomètrique statique, les fig. 4 et 5 sont des graphiques obtenus dans deux terrains différents donnant les courbes pression/volume d'un essai pressiométrique dynamique, et la fig. 6 est un graphique d'interprétation de l'essai pressiométrique dynamique. Le dispositif représenté sur la fig. 1 comprend une sonde 1 introduite dans un trou de forage 2 du terrain 7 dont on veut déterminer certaines caractéristiques mécaniques. Cette sonde comprend une cellule de mesure centrale 4 accompagnée d'une cellule de garde 5 qui entoure et dépasse la cellule de mesure à chaque extrémité, (on peut aussi considérer que la cellule de mesure est disposée entre deux cellules de garde communicantes qui ont une paroi commune autour de la cellule de mesure). Ces cellules ont des parois latérales gonflables et sont portées par un noyau central 6. La cellule de mesure 4 est alimentée en liquide par une tubulure souple 7 qui aboutit, en surface, à un appareil 8 qui est conçu pour appliquer à ce liquide une pression de gaz variable et qui comporte un volumètre 9 permettant de mesurer les variations de volume de la cellule, la pression dans la cellule étant affichée sur un manomètre 10. La cellule de garde 5 est alimentée en gaz par une tubulure souple 11 qui-aboutit, en surface, à l'appareil 8 qui est conçu pour appliquer à la cellule de garde une pression de gaz réglable. il ntest pas nécessaire de décrire plus en détails la partie de l'installation qui est présentée ci-dessus et qui est bien connue de l'homme de métier Conformément à la présente invention, cette installation est complétée par un dispositif 12 qui comporte des moyens permettant de créer les impulsions par détente d'un gaz qui est envoyé dans la cellule de garde 5 Par une tubulure 13. Ce dispositif comporte (fig. 2) deux réservoirs 14,15 reliés par des distributeurs à tiroirs 16,17, d'une part à la tubulure 13 et, d'autre part à une source de pression 18. Les distributeurs 16,17 sont commandés pneumatiquement par un distributeur de commande 19 à trois positions qui commande également un distributeur 20 lequel agit sur le fonctionnement d'un circuit de purge reliant la tubulure 13 à une soupape 21. Le dispositif est complété par des composants logiques OU et NON représentés sur la figure. En manoeuvrant le distributeur 19, l'opérateur commande la décharge d'un réservoir dans la cellule de garde (avec remplissage simultané de l'autre réservoir et fermeture simultanée de la purge) ou il commande la purge de la cellule de garde. lies manomètres 22,23 permettent de connattre les pressions dans les réservoirs. Des vannes ou robinets 24,25 permettent d'isoler le volumètre de la cellule de mesure et d'isoler la cellule de garde du dispositif 8 pour qu'elle ne soit reliée qu'au dispositif 12. L'installation permet par exemple de réaliser des cycles (décharge d'un réservoir dans la cellule de garde + purge de la cellule de garde d'une durée unitaire minimale d'une seconde, créant des impulsions de valeur comprise entre 0,5 et 10 bars. Sur la fig. 3 on a représenté la courbe des lectures de volume au volumètre en fonction des pressions dans la cellule de mesure que lton obtient au cours d'un essai pressiométrique normal. On a représenté sur cette courbe les valeurs des pressions minimale et maximale choisies comme limites de pression pour l'essai en dynamique, ces deux valeurs se trouvant dans la zone pseudo-élastique de la courbe pressiométrique. Sur cette figure, on a représenté les débuts et les fins de plusieurs cycles d'impulsion successifs entre les pressions Pmax et Pmin. Sur les fig. 4 et 5 on a représenté les courbes obtenues dans deux terrains différents. Dans le cas de la fig. 4 on constate que les impulsions ont eu pour effet un accroissement limité de la variation de volume correspondant à la pression maximale tandis que dans le cas de la fig. 5, cet accroissement est considérable. Autrement dit, le terrain (B) correspondant à la courbe de la fig. 5 s'est révélé beaucoup plus sensible aux impulsions que le terrain (A) correspondant à la courbe de la fig. 4. De telles informations sont utiles par exemple pour envisager la résistance d'un terrain à un tremblement de terre. La fig. 6 représente les courbes obtenues respectivement pour le terrain (A) et pour le terrain (B), la valeur portée en abscisse étant log n, où n est le nombre de cycles entre deux mesures de volume, par exemple on a effectué 2 cycles, une lecture de volume, 4 cycles, une lecture, 8 cycles, une lecture, 16 cycles, une lecture, etc. Sur les fig. 4 et 5, E représente le module pressiométrique. L'inventionn'est pas limitée à la réalisation qui a été décrite. Cette réalisation présente l'avantage de permettre une détente rapide d'un volume de gaz dans la cellule à impulsions, ce qu'ilest difficile d'obtenir avec un détendeur. En outre, la mise en communication du réservoir avec la cellule à impulsions s'obtient plus rapidement avec un distributeur à tiroirs qu'avec une vanne. Toutefois, l'homme de métier peut modifier cette technologie et utiliser des organes équivalents ou une autre technologie sans sortir des enseignements fondamentaux de l'invention. REVENDICATIONS 1) Procédé pour créer une impulsion de pression contrôlée dans un terrain, dans lequel on enfonce dans le terrain une cellule à paroi dilatable et on applique à l'intérieur de la cellule la détente d'un volume déterminé d'un gaz comprimé. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise ladite détente en détendant le contenu d'un réservoir par établissement d'une communication entre ce réservoir et la cellule. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu t on- utilise une batterie de réservoirs qui sont alternativement vidés dans la cellule et remplis à partir d'une source de pression, la cellule n'étant mise en communication à la fois qu'avec l'un seulement des réservoirs. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on purge la cellule après une impulsion jusRu'à-une valeur de pression choisie. 5) Procédé selon l'une- des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on commande la création d'une succession d'impulsions par manoeuvre d'un organe unique qui, dans une position, commande simultanément la retente d'un réservoir dans la cellule et la recharge éventuelle du ou des autres réservoirs à partir d'une source de pression et, dans une autre position, commande la purge de la cellule. 6) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise ladite détente en mettant la cellule en communication avec un détendeur alimenté par une source de gaz comprimé. 7) Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il. comprend une cellule à paroi gonflable reliée à une source de gaz comprimé par une vanne ou similaire. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu t il comprend un réservoir relié d'une part à-la cellule et d'autre part à une source de gaz comprimé et un moyen de commande pour établir la communication du réservoir avec la cellule en isolant simultanément ie réservoir de la source de gaz comprimé. H Dispositif selon la revendication r- caractérise e ce qu'il comprend deux réservoirs reliés par n. distributeur à a cellule et par un autre distributeur.' à la source de gaz comprimé, ces deux distributeurs étant commandés pneumatiquement par un distributeur principal qui, éventuellement, commande également un circuit de purge de la cellule. 10) Application d'un procédé selon l'une des revendications l à 6 ou d'un dispositif selon l'une des revendications 7 I 9 à des mesures géotechniques au moyen d'un capteur de mesure géotechnique placé dans des conditions où il est sensible aux impulsions de la cellule à impulsions. 11) Application selon la. revendication 10, caracterisee en ce qu'on réalise des cycles d'impulsions en effectuant avant et après un ou plusieurs cycles une mesure géotechnique au moyen du capteur, chaque cycle d'impulsions comprenant la création d'une impulsion et la purge de la cellule. 12) Application selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'on règle la pression de remplissage du réservoir que l'on détend dans la cellule à impulsions par étalonnage, pour obtenir une certaine pression maximale au capteur 13, Application selon la revendication il ou 12, caractérisée en ce qu'on règle la purge de la cellule à impulsions pour obtenir une certaine pression minimale au capteur. 14) Appi-cation selon l'une des revendications il à 13, caractérisée en ce qu'on réalise des- cycles d'impulsions en augmentant le nombre de cycles, éventuellement en progression géométrique, entre deux mesures successives. 15) Application selon l'une des revendicatIons li à caractérisée en ce qu'on utilise un pressiomètre comme capteur. 16) Application selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'on place la cellule de mesure à paroi gonflable d pressiomètre dans la cellule à impulsions. 17) Application selon la revendication- 15, caractérisée en ce qu'on utilise un pressiomètre comportant au moins une cellule de garde et mulon utilise la cellule de garde comme cellule à impulsions. 18) Application selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisée en ce qu'on réalise un essai pressiométrique pour déterminer la courbe pression/volume, qu'on choisit sur cette courbe une valeur de pression minimale et une valeur de pression maximale et qu'on règle les impulsions et la purge de façon qu'un cycle d'impulsion fasse passer la valeur de la pression mesurée d'une valeur correspondant sensiblement à la pression minimale à une valeur correspondant sensiblement à la pression maximale avec retour à la pression minimale.