Brevet FR2394796A1 — publié le 19790112

La présente invention est du domaine des méthodes et appareils de mesures des caractéristiques mécaniques des sols et plus précisément des caractéristiques de déformabilité de ceux-ci. On distingue conventionnellement les méthodes de mesures de telles caractéristiques en laboratoire, des méthodes de mesures in situ" ; c'est à ces dernières et à leurs dispositifs de mise en oeuvre que se rapporte plus précisément la présente invention. On connait principalement deux types d'appareils, le pénétromètre et le pressiomètre, permettant la mise en oeuvre de telles méthodes.Le pénétromètre est un appareil dont le principe consiste à enfoncer dans le sol une tige ou un train de tiges gainées ou non dans un train de tubes et à déterminer la force, à un certain niveau d'enfoncement ou de profondeur au-dessous de la surface du sol, puis à mesurer la force verticale pour laquelle le sol, au niveau considéré, cède et permet un nouvel enfoncement ; généralement la pièce enfoncée située à 1' extrémité d'un train de tiges a la forme d'un cône dont la pointe est tournée vers le bas.Le pressiomètre est un appareil dont le principe consiste à enfoncer dans un trou une sonde cylindrique déformable latéralement au moyen d'une pression hydraulique interne et de mesurer les déformations des parois du trou, déformations liées au volume de liquide hydraulique injecté dans la sonde, en notant ou en déterminant la pression d' injection ainsi que les durées nécessaires pour les déformations. Un inconvénient du pénétromètre réside dans le nombre restreint dtinformations relatives aux caractéristiques des sols, qu'il permet d'obtenir ; en fait ces informations se limitent pratiquement à la connaissance de la charge limite de rupture du sol (Rp) à un certain niveau et éventuellement à une résistance dynamique de pointe (Rd) d'interprêtation délicate.Un inconvénient du pressiomètre, étant entendu que cet appareil fournit des caractéristiques de déformation plus complètes que le précédent, réside dans le coût relativement élevé de sa mise en oeuvre. Un but de la présente invention a été de proposer une méthode relativement simple et pouvant être mise en oeuvre à un coût sensiblement égal à celui de la mise en oeuvre du pénétromètre, donnant accès à des informations au moins aussi complètes que celles du nressiomètre. Conformément à la présente invention, une méthode de mesure "in situ" d'indices de déformabilité des sols, les dits indices comprenant l'indice de compresssibilité et l1in- dice de consolidation, comportant l'enfoncement dans le sol, à certains niveaux au-dessous de la surface de sol, d'une pièce de géométrie définie, est principalement caractérisée en ce qu'elle comporte les opérations consistant à appliquer à la pièce, enfoncée à un certain niveau, une charge inférieure à la charge de rup ture Rp et à mesurer à des dates déterminées l'enfoncement supplémentaire entrainé par l'application de ladite charge.Plus particulièrement et en vue d'obtenir des informations sur la déformabilité des sols, la méthode comporte la succession des opérations consistant à appliquer à ladite pièce enfoncée une charge relativement très faible par rapport à la charge de rupture Rp et à mesurer à des dates déterminées l'enfoncement de la pièce, jusqu'à sensiblement stabilisation de l'enfoncement, puis à appliquer une charge supplémentaire relativement faible et à procéder à nouveau comme il vient d'être dit, et ainsi de suite jusqu'à la nième charge supplémentaire pour laquelle il n'y a plus de stabilisation dans une période raisonnable. En vue d'obtenir des informations sur la compressibilité du sol, la méthode consiste en outre à déduire pour chaque charge la variation totale d'enfoncement Ah, puis à tracer le graphe, ou courbe de compressibilité, des variations totales d'enfoncement en fonction des charges appliquées, puis à déduire de la courbe de compressibilité des grandeurs telles qu'un l'indice de compressibilité Epn. En vue d'obtenir des informations sur le fluage du sol, la méthode consiste en outre à déduire pour chaque charge une variation partielle d'enfoncement Sh au cours dhn intervalle de temps séparant deux dates déterminées, puis- à tracer le graphe ou courbe de fluage des variations partielles d'enfoncement en fonction des charges, puis à déduire de la courbe de fluage des grandeurs telle que la pression de pointe de fluage Ppf. Plus particulièrement encore, et en vue d'obtenir des informations sur la consolidation des sols, la méthode comporte la succession des opérations consistant à appliquer à ladite pièce enfoncée une charge environ égale aux trois quarts de la charge de rupture Rp, puis à mesurer l'enfoncement de la pièce à des dates déterminées jusqu 'à environ une heure, puis à tracer le graphe,dit courbe de consolidation, de l'enfoncement en fonction du temps porté sur une échelle du groupe d'échelles comprenant l'échelle métrique et l'échelle logarithmique, puis à déduire de la courbe de consolidation l'indice de consolidation. On notera que de préférence et toujours selon la présente invention, la géométrie de ladite pièce permet tant la mise en oeuvre des méthodes précitées, est celle d'un c- ne dont l'axe est confondu avec la direction d'enfoncement, la base du cane étant dirigée vers le bas. La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre d'une des méthodes précitées, le dispositif comportant des moyens permettant l'enfoncement à certains niveaux au-dessous de la surface du sol d'une pièce telle que ci-dessus décrit est principalement caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mesure fine de llen- foncement de ladite pièce à partir d'un certain niveau, et des moyens d'ajustement fin des charges appliquées à ladite pièce. De préférence les dits moyens de mesure fine de l'enfoncement incorporent un comparateur et un point fixe par rapport à la surface du sol, ledit comparateur étant en relation d'une part avec une tige de train de tiges, solidaire de ladite pièce, et d'autre part avec ledit point fixe. De préférence encore le dit point fixe est pris sur un portique dont les montants relativement distants l'un de l'autre sont fichables dans le sol, et ledit comparateur est supporté par un bras solidaire d'une tête de tige ou de train de tiges. La présente invention sera mieux comprise, et des détails apparaitront, à la description qui va être faite d'une forme particulière de réalisation d'un dispositif de mise en oeuvre de la méthode de l'invention, de graphesou courbes des résultats et de leur interprêtation en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles La fig. 1 est une représentation schématique du pénétromètre modifié conformément à l'invention en vue de constituer un moyen d'ajustement fin des charges, La fig. 2 est une représentation schématique des moyens de mesure fine de l'enfoncement, complétant le moyen de la figure précédente en vue de permettre la mise en oeuvre de la méthode de l'invention, La fig. 3 est une courbe de compressi bilité, La fig. 4 est une courbe de fluage, La fiq. 5 est une courbe de consolidation en fonction du logarithme du temps, La fig. 6 est une courbe de consolidation en fonction du temps, et La fig. 7 est une représentation schématique d'un dispositif simplifié des charges "in situ1,. Sur la fig. 1 un pénétromètre classique du type Gouda comportant une tige d'enfoncement 1 guidée en translation suivant son axe au moyen d'un couple de rails 2 formant coulisse et d'un coulisseau 3 solidaire d'une tête de poussée 4 de la tige d'enfoncement, et d'une crémaillère 5 manoeuvrée par un grand pignon 6 ; le couple de rails est monté de façon classique sur un socle 7 maintenu en terre par des vis telles que 8. La modification d'un tel pénétromètre a consisté à démultiplier considérablement le mouvement de descente de la crémaillère par l'adjonction d'une démultiplication comportant un couple complémentaire de pignons tel un petit pignon 9 mû par une manivelle 10 et entrainant un grand pignon il coaxialement solidaire d'un petit pignon 12 du pénétromètre classique de Gouda. Sur la fig. 2 représentant à plus grande échelle et avec plus de détails la tête de poussée 4 de la figu re précédente, des moyens de mesure fine de l'enfoncement incorporent un comparateur 13 disposé à l'extrémité d'un bras de mesure4 dont l'autre extrémité est solidaire d'une pièce intermédiaire 15 compressée entre un talon de poussée 16 et l'extrémité supérieure d'une tige ou train de tiges de poussée 17, et un point fixe constitué par la barre horizontale 18 d'un portique à deux montants tels que 19 fichables dans le sol. Qn remarquera en premier lieu que de préférence le bras de mesure 14 a une longueur ajustable au moyen d'un dispositif à glissière 20.On remarquera aussi la géométrie conforme a l'invention de la pièce d'enfoncement 21 disposée à l'extrémité du train de tiges 17, et comportant un embout troncônique 22 dont la base ou semelle est orientée vers le bas. On notera aussi,bien que cela ne soit pas visible sur la figure1 que les montants 19 du portique sont assez distants l'un de l'autre de façon à éliminer les reactions du sol en surface, dues à l'enfoncement. On va maintenant décrire en relation avec les fig. 3 à 6 les façons de procéder en vue de déterminer différentes caractéristiques de déformabilité des sols. Un premier groupe de caractéristiques que permet de déterminer la méthode concerne la compressibilité du sol. Pour cela on enfonce la pièce jusqu'au niveau ou l'on désire faire les mesures ; puis on relache l'effort et on laisse le sol se remettre en place quelques minutes ; on met alors l'indication du comparateur à 0, puis on charge ensuite la pièce en exerçant une force sur elle grâce à un très léger enfoncement des tiges : en faisant apparaitre par exemple une indication de deux bars au cadran du manomètre ; puis on note toutes les trentes secondes par exemple les indications du comparateur, qui accuse chaque fois un enfoncement supplémentaire mais de plus en plus faible ; on note enfin l'enfoncement total Ah ; on porte alors le point 31 dans le système de coordonnées de la fig. 3. On peut, en outre, prendre en compte la différence d'indication du comparateur entre la trentième seconde et la quatre vingt dixième, soit Sh, et porter cette valeur sur in graphe tel que celui de la fig. 4 ; on obtient un point tel que 41. Puis on provoque un nouvel enfoncement très faible, jusqu'à faire apparaitre l'indication de 2,5 bars, et on note à nouveau toutes les trentes secondes les indications du comparateur ; on obtient de la même façon les points 32 et 42. En.continuant ainsi jusqu'à ce que la stabilisation de la lecture du comparateur ne puisse plus être atteinte dans une période raisonnable, on peut tracer les courbes de compressibilité (fig. 3) et de fluage (fig.4)desquelles on peut déduire d'une part un indice de compressibilité, dit aussi module pénétrométrique, par la relation Epn = L Pp = a Pp . tg d( Eh/Hee dans laquelle Hee est une hauteur élastique équivalente, et d'autre part une pression de pointe de fluage Ppf. Une seconde caractéristique que permet de déterminer la méthode est l'effet de consolidation du sol. Pour cela on enfonce la pièce jusqu'à un niveau ou l'on désire faire les mesures ; puis on décharge la pièce et on laisse reposer le sol quelques instants ; puis on charge à nouveau la pièce à une valeur choisie en exerçant grâce à un enfoncement des tiges jusqu'à apparition au cadran du manomètre de la valeur choisie, par exemple une pression égale aux trois quarts de la pression de rupture du sol Rp ; le comparateur est mis à zéro et on note l'évolution dans le temps de l'indication du comparateur ; puis on porte sur un système de coordonnées les valeurs lues au comparateur ; selon que l'échelle des temps est une échelle logarithmique ou une échelle métrique on obtient des graphes tels que ceux des fig. 5 et 6 respectivement qui sont dits "courbe de consolidation", et desquels on peut déduire le comportement futur du terrain sous une charge. Sur la fig. 7 un dispositif simplifié de l'invention comprend un dispositif d'ancrage 71 constitué par une traverse 72, un couple de montants tels que 73, et sous chacun des montants un couple d'hélices d'ancrage 74 ; la traverse 72 comporte au voisinage de son milieu un couteau 75 servant de point d'appui fixe à un levier 76 ; le levier 76 sert à l'enfoncement d'une tige ou train de tiges 77 inclues ou non dans un train de tubes 78 et les dites tiges comportant à leur extrémité une pièce de l'invention 79. L'enfoncement de la pièce 79 peut être effectué par la manoeuvre manuelle du levier. Lorsque la pièce est au niveau d'enfoncement désiré, la pointe d'un comparateur 80 est placée au dessus du levier, de préférence à l'aplomb de la tige de poussée, le comparateur 80 étant solidaire d'un portique 81 constituant pour lui un point fixe de référence. Les mesures sont effectuées en placant des poids 82 sur une balancelle 83 suspendue en un point déterminé et approprié du levier 76. Bien que deux formes de réalisation des moyens de mise en oeuvre aient été données ci-dessus, l'un consistant en une adaptation d'un pénétromètre classique, l'autre consistant en un dispositif simplifié, il doit être compris que la méthode de l'invention pourrait être mise en oeuvre par des moyens plus perfectionnés, tels que par exemple des moyens hydrauliques de charge de la pièce, tels encore que des moyens électriques (jauge de contrainte ou autre) de mesure de la char ge, tels encore que des moyens électromagnétiques ou autres de mesure fine. de l'enfoncement, tels encore que l'enregistrement automatique de l'enfoncement en fonction du temps, tels enfin que le traitement informatique des données recueillies. Bien que des formes particulières de réalisation du dispositif et des modalités particulières d' applications de la méthode aient été données à titre illustratif, il doit être compris que la portée de l'invention s'étend au domaine défini par les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1.- Méthode de mesure "in situ" d'indices de déformabilité des sols, les dits indices comprenant l'indice de compressibilité et l'indice de consolidation,comportant l'enfoncement dans le sol, à certains niveaux au-dessous de la surface du sol d'une pièce de géométrie définie, caractérisée en ce qu'elle comporte les opérations con sistant à appliquer à la pièce, enfoncée à un certain niveau, une charge inférieure à la charge de rupture Rp et à mesurer à des dates déterminées l'enfoncement supplémentaire entrainé par l'application de ladite charge 2.- Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que, plus particulièrement, elle comporte la succession des opérations consistant à appliquer à ladite pièce enfoncée une charge relativement très faible par rapport à la charge de rupture Rp et à mesurer à des dates déterminées l'enfoncement de la pièce, jusqu'à sensiblement stabilisation de l'enfoncement, puis à appliquer une charge supplémentaire relativement faible et à procéder à nouveau comme il vient d'être dit, et ainsi de suite jusqu'à la nieme charge supplémentaire pour laquelle il n'y a plus de stabili sation dans une période raisonnable -;; 3.- Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle consiste en outre - à déduire pour chaque charge la variation totale d'enfonce ment Il Ah - à tracer le graphe, ou courbe de compressibilité, des varia tions totales d'enfoncement en fonction des charges appliquées - à déduire de la courbe de compressibilité des grandeurs tel les qu 'un indice de compressibilité Epn;; 4.- Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle consiste en outre - à déduire pour chaque charge une variation partielle d'en foncement Sh au cours d'un intervalle de temps séparant deux dates déterminées, - à tracer le graphe ou courbe de fluage des variations par tielles d'enfoncement en fonction des charges, - à déduire de la courbe de fluage des grandeurs telle que la pression de pointe de fluage Ppf 5.- Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que plus particulièrement elle com porte la succession des opérations consistant à appliquer à ladite pièce enfoncée une charge environ égale aux trois quarts de la charge de rupture Rp, puis à mesurer l'enfonce ment de la pièce à des dates déterminées jusqu'à environ une heure, puis à tracer le graphe dit courbe de consolidation de l'enfoncement en fonction du temps porté sur une échelle du groupe d'échelles comprenant l'échelle métrique et l'échel le logarithmique, puis à déduire de la courbe de consolida tion l'indice de consolidation 6.- Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la géométrie de la dite pièce est celle d'un cône dont l'axe est confondu avec la direction d'en- foncement, la base du cône étant dirigée vers le bas 7.- Dispositif pour la mise en oeuvre d'une méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, et comportant des moyens permettant l'enfoncement à certains niveaux au-dessous de la surface du sol, d'une pièce selon la revendication 6, caracté risée en ce qu'il comporte en outre - des moyens de mesure fine de l'enfoncement de ladite pièce à partir d'un certain niveau, et - des moyens d'ajustement fin des charges appliquées à ladite pièce 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les dits moyens de mesure fine de l'enfoncement incorpore un comparateur et un point fixe par rapport à la surface du sol1 ledit comparateur étant en relation d'une part avec une tige, de train de tiges, soli daire de ladite pièce, et d'autre part avec le dit point fixe 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dit point fixe est pris sur un portique dont les montants relativement distants l'un de l'autre sont fichables dans le sol, et en ce que le dit comparateur est supporté par un bras solidaire d'une tête de tige ou de train de ti ges 10.- Dispositif selon la revendication 7, adaptable à un pénétro mètre classique du type Gouda, caractérisé en ce que les dits moyens d'ajustement fin des charges appliquées à la dite pièce, incorporent au moins un couple complémentaires de pignons démultiplicateur du mou vement.