Brevet FR2418441A1 — publié le 19790921

La présente invention est du domaine des Travaux Publics et du Génie Civil ; elle a pour objet un procédé et des moyens pour déceler et signaler les mouvements de terrains supportant voies ferrées, routes et autres ouvrages de Génie Civil, ou les désordres voisins de ces installations. Le déclenchement et l'évolution des mouvements de terrains sont étroitement liés aux facteurs climatiques : pluie, sécheresse, gel, dégel ; un orage local peut etre suffisant pour réactiver un mouvement qui paraissait stabilisé ou accélérer dangereusement un processus lent et de faible amplitude ; la surveillance des remblais et talus qui présentent des risques d'affaissement ou de glissement est de ce fait particu lièrement astreignante ; elle consiste essentiellement en inspections visuelles, sondages et mesures périodiques de déplacements superficiels et profonds , l'interpretation graphique de ces mesures permet par extrapolation de pressentir I'échéance du danger, mais une évolution soudaine entre deux contrôles est toujours craindre ; la surveillance permanente, parfois nécessaire, coûte très cher ; il est donc séduisant et sécurisant de songer à des dispositifs d'alerte par capteurs susceptibles de renseigner sur la valeur des déplacements et l'atteinte d'un seuil fixe au réqla- ge,avec une fiabilité totale, toute déficience étant évidemment exclure ; divers types de dispositifs conviennent à des manifestations précises et bien localisées : détection de chutes de rochers ou l'impact des pierres est assez facilement exploitable, désordres dans une masse homogène, construction en béton, barrage par exemple, ou l'emploi de jauges de contrainte et d'inclinomè- tres pendulaires, donne des indications bien définies ; dans le cas des mouvements de terrains, la diversité des sites, l'hétero- généité du matériau, la localisation incertaine des amorces dangereuses et l'étendue en cause souvent importante, compliquent la possibilité d'adaptation de dispositifs adéquats, dont le coût ne soit pas prohibitif, et qui assurent a la fois une fiabilité satisfaisante et une interprétation correcte. Un des buts de la présente invention est donc de permettre d'une façon simple, continue et automatique, la surveillance du mouvement d'un terrain ou d'un ouvrage, par seuils d'évolution au moyen de deux types de capteurs, à implantation combinée. Un autre but est de déclencher immédiatement l'alerte sur place, et au poste du responsable, des que l'é- volution atteint un seuil prédéterminé par le réglage des appareils faisant l'objet de la présente invention. Dans sa généralité, le procédé de détection de mouvements de terrains, objet de la présente invention, consiste a détecter le déplacement relatif transversal ou longitudinal de deux éléments voisins, d'au moins un groupe de deux éléments de la surface du sol, et simultanément, a détecter en un point au moins de la surface du sol une variation de pente superficielle ou une variation de l'inclinaison d'une droite pas sant par ce point de la surface et par un élément du sol situé à une certaine profondeur, ladite droite pouvant être matérialisée par un pieu enfoncé dans le sol ce point. De préférence les opérations de détection simultanée procèdent de la détection de la rupture d'un circuit électrique normalement fermé et parcouru par un courant, le dit circuit comportant en série au moins un détecteur d'écartement et au moins un détecteur d'inclinaison et pouvant être ouvert soit lorsque le déplacement relatif de deux éléments voisins franchit un certain seuil, soit lorsaue l'inclinaison superficielle, ou de la ligne passant par un point de la surface et un élément en profondeur, franchit un autre seuil. Toujours selon la présente invention, un dispositif de détection de déplacement permettant la mise en oeuvre du procédé précité, est caractérisé en ce qu'il comprend deux socles massifs et un brin calibré dit "de rupture", ledit brin étant relié par ses extrémités chacun des dits socles au moyen d'une borne solidaire de chaque socle, lesdites bornes permettant l'amenée du courant électrique dans ledit brin. De préférercehchaque extrémité desdits socles est solidarisée une borne précitée, constituée en matériau isolant et comportant deux contacts femelles haut et bas reliés entre eux a l'intérieur du bloc isolant constituant ladite borne ; les contacts bas des extrémités d'un même socle sont reliés par un élément de cible isolé de la longueur dudit socle; les socles successifs, deux au moins, étant posés au contact du sol, le long de chaque ligne choisie sur place et à court intervalle entre eux, dix centimètres environs un brin de rupture est branché dans chaque intervalle, entre les contacts hauts des bornes voisines de chaque couple de soclesr assurant ainsi une liaison mécanique et la continuité du circuit électrique dans la "channe" constituée par la suite desdits socles dont les bornes extrêmes sont reliées l'une a la source d'alimentation en basse tension, l'autre au dispositif de détection d'inclinaison dont l'extrémité sera reliée a l'autre pole de la source par l'intermédiaire d'un relais (principe connu). Toujours selon la présente invention un dispositif de détection de la variation de pente ou d'inclinaison, permettant la mise en oeuvre du procédé précité, est caractérisé principalement en ce qu'il comprend une pluralité de rupteurs & basculement radialement équirépartis autour d'un axe d'un plateau, lesdits rupteurs étant montés en série et assurant normalement la fermeture d'un circuit électrique et pouvant être mis dans une position telle qu'une inclinaison dudit plateau dépassant un seuil d'inclinaison prédéterminé, entraine l'ouverture du dit circuit par l'action d'au moins un des rupteurs. Avantageusement, un rupteur du type chor si comporte une goutte de mercure logée dans une ampoule cylindrique dans laquelle pénêtrent à une extrémité deux électrodes de contact. De préférence le calage individuel de chacun desdits rupteurs est assuré par le moyen d'un berceau pivotable autour d'un axe placé sur un bras et calable sur ledit bras par un secteur de réglage muni d'une vis de blocage. De préférence encore, un moyen de prédétermination du réglage de l'ensemble des rupteurs consiste en l'articulation desdits bras & une de leurs extrémités, autour d'axes-supports verticaux montés sur le plateau, chacun desdits bras étant engagé l'autre extrémité munie d'une encoche, dans une bague échancrée pouvant monter ou descendre verticalement au centre du plateau, ladite bague étant manoeuvrée par une vis de réglage à tête molletée, guidée par une crapaudine solidaire du plateau. I1 résulte de cette disposition que le déplacement vertical de la bague a encoches entraine le basculement simultané de l'ensemble des rupteurs, la variation d'inclinaison consécutive étant identique pour tous les rupteurs.Le repérage d'un réglage de l'ensemble est assuré par le moyen d'un curseur solidaire d'un des bras support de berceau, l'extrémité libre du curseur pouvant être déplacée le long d'une réglette graduée fixée perpendiculairement sur le plateau, et dont la graduation permet une lecture facile, un degré représentant deux millimètres environ.Le dispositif de détection est encore caractérisé par un ensemble de moyens de transmission du courant a un poste central comportant principalement une ligne isolée alimentée par une source de courant "basse tension'l, reliant en série tous les éléments de détection mécanique et les rupteurs, et pouvant déclencher un signal lumineux et/ou sonore par rupture de courant provoquée par le fonctionnement d'un ou de plusieurs éléments du dispositif de détection, le procédé de déclenchement et d'alerte par rupture de courant étant connu en lui-meme. La présente invention sera mieux compri se, et certains détails en relevant apparaitront plus clairement å la description qui va être faite du procédé et de ses moyens préférés de mise en oeuvre en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles La fig.l est une vue schematique de l'installation d'un ensemble de- moyens de détection comprenant plusieurs détecteurs d'écartement et un détecteur d'inclinaison, La fig.2 est une représentation cavalière d'un détecteur d'écartement tel que de la fig.1 par exemple, La fig.3 montre l'implantation possible de l'ensemble des moyens de détection dans un remblai de chemin de fer, La fig.4 est une élévation en coupe assez schématique d'un détecteur d'inclinaison de l'invention, et La fig.5 est une vue en plan, capot enlevé, du même détecteur d'inclinaison. Sur les fig.l et 2,un détecteur d'écartement est réalisé par deux socles-supports 1 et 2 constitués dans l'exemple choisi,par des coupons de rails d'un mètre de longueur (cinquante kilogrammes environ), alignés et non jointifs, reposant sur le remblai à surveiller préalablement régularisé en profil et tassé sur une bande defaible largeur, le long de la ligne de-pose choisie.Chacun des socles porte a chacune de ses extrémités une borne 3 isolée du socle et munie de deux contacts femelles a et b reliés entre eux (ou monoblocs munis de vis de serrage ; un conducteur 5 relie les contacts b d'un même socle, les conducteurs 5 des socles extrêmes de la "chalne" étant bran chés, l'un a la ligne 6 parcourue par un courant à faible tension, a partir d'une source 7, l'autre au détecteur d'inclinaison ; un léger intervalle, dix centimètres environ, est ménagé entre les supports 1 et 2 et la liaison électrique et mécanique entre les contacts a des bornes situées face 9 face est assurée par un élément conducteur dit "brin de rupture" ; le "brin de rupture" est constitué par un élément de fil de rupture 8 de faible diamètre (par exemple 0,6 mm) préalablement soudé a ses ex trémités sur deux éléments de fil de laiton 4 de plus fort diamète (2,5 mm par exemple) ; l'ensemble 4, 8 et 4 constitue le "brin de rupture" dont la confection est effectuée en atelier par soudure soignée des extrémités de 8 aux extrémités de 4 préalablement encochées pour les recevoir , chaque "brin de rupture" ainsi constitué, suivant calibrage de 8 adapté a la sensibilité requise, est introduit par coulissement dans les contacts femelles ct des bornes voisines et serré a tension légère en position rectiligne ; il suffit que la portion de fil 8 se trouve entièrement dans l'intervalle entre les deux supports voisins, la longueurs des brins 4 permettant d'éviter toute rigueur d'intervalle a la mise en place des supports quelque soit le tracé linéaire, droit ou courbe, de l'implantation choisie pour la "chaîne" de supports reliés deux å deux par "brin de rupture"; il suffit que cette chaîne empiète de quelques mètres en terrain stable, de part et d'autre de la zone vulnérable, pour que tout mouvement dans cette zone provoque un déplacement relatif entre au moins deux supports successifs, ne serait-ce qu'au voisinage des limites du mouvement ; il est certain d'autre part que tout mouvement brutal, affaissement, effondrement ou glissement de masse entrainera la dislocation de la channe de supports et la rupture de brins. La longueur du fil de rupture 8 et son diamètre sont calculés pour que la rupture corresponde a un déplacement relatif donné de l'un des socles par rapport a l'autre, déplacement transversal ou longitudinal. La rupture du brin 8 coupe le courant sur la ligne 6 et provoque le fonctionnement de l'avertisseur de coupure de courant 9.Dans l'exemple choisi, le calibrage est tel que la rupture est provoquée par un déplacement transversal de quinze millimètres entre deux extrémités voisines des supports successifs, quelque soit le sens de ce déplacement, translation latérale ou dénivellation par affaissement.La chal- ne de coupons de rails est recouverte par des demi-buses inversées formant tunnel, afin d'éviter la mise a la terre des brins de rupture par les intempéries et pour protéger l'ensemble des ruptures possibles par chocs accidentels. Toujours sur la fig.l un dispositif de détection d'inclinaison 10 est fixé la partie supérieure d'un pieu il enfoncé dans le sol. La ligne isolée 6 relie en série les bornes 3 des socles 1 et 2 au dispositif de détection d'inclinaison 10 et a l'avertisseur 9. Pour un déplacement de valeur préétablie des socles l'un par rapport a l'autre, ou pour une inclinaison donnée du détecteur d'inclinaison 10, le courant est coupé et l'alerte donnée par l'avertisseur 9 dit à coupure de courant" (le fonctionnement en coupure de courant est depuis longtemps retenu sur les installations de sécurité puisqu'il met a l'abri d'un défaut d'alerte pour panne d'alimentation). La fig.3 montre en plan une possibilité de réalisation de surveillance d'un remblai 40 d'une ligne de chemin de fer 41 , on remarquera d'une part la coexistence de détecteurs du type ~écartement 9 et du type a inclinaison 10, et d'autre part le montage en série de ces deux types de détecteurs, cette coexistence caractérisant le procédé dans sa généralité, tel que schématisé en fig.l Sur les fig. 4 et 5, un détecteur d'inclinaison comprend un plateau 12, muni d'un couvercle 13, et pouvant être rendu solidaire par un système a rotule classique (non représenté) de la partie supérieure d'un pieu 11 enfoncé dans le remblai, ou d'un support quelconque placé sur un terrain ou sur un ouvrage dont on veut contrler la variation de pente ; le plateau 12 supporte un ensemble de six rupteurs a mercure tels que 14 par le moyen de supports verticaux 15 répartis régulièrement sur sa périphérie. Chacun des rupteurs 14 est solidaire d'un berceau 16 pouvant pivoter autour d'un axe 17 fixé sur un brassupport de berceau 18 et maintenu sur ledit bras dans une position donnée par le moyen d'un secteur de calage ajouré 19 et d'une vis de blocage 20. L'une des extrémités d'un bras-support de berceau 18 est articulée sur l'un des supports verticaux 15 par le moyen d'uniaxe 21 et d'une vis épaulée 22 ; l'autre extrémité du bras repose par l'intermédiaire d'une encoche 23 sur un jonc 24 solidaire d'une - bague échancrée 25, l'extrémité a encoche pé nétrant dans une échancrure de ladite bague.La bague 25 peut monter ou descendre par rapport au plateau 12 au moyen d'une vis de réglage 26 permettant de déplacer l'ensemble des supports de berceaux et qui est blocable dans une position donnée par un contre-écrou 27 ; la vis de réglage 26 est guidée par une crapaudine 28 solidaire du plateau 12 ; une gorge de la vis 26 permet de l'assujettir a la crapaudine 28 par l'intermédiaire d'une goupil le*mécanindus sans gêner sa rotation. Chacun des rupteurs a mercure 14 comprend essentiellement une ampoule 29 dans laquelle se meut une goutte de mercure 30 fermant le contact de deux électrodes 31 reliées en série aux autres rupteurs et a la ligne 6 par l'intermédiaire d'un conducteur isolé 32 et d'un domino 33. Un curseur 34 solidaire d'un bras support de berceau 18 permet a l'autre extrémité, mobile le long d'une échelle graduée 35, de repérer l'inclinaison de l'ensemble des bras-supports de berceau 16, ladite échelle graduée 35 étant fixée verticalement sur le plateau 12. Le plateau 12 comporte en 36 un filetage femelle pour l'adaptation d'une rotule classique non représentée, cette rotule offre l'avantage d'une marge angulaire de trente degrés au moins facilitant le blocage a l'horizontale du plateau sur tout support, pieu par exemple, dont l'implantation verticale sur le terrain serait dans la pratique difficile a obtenir, et constituerait une sujétion inacceptable. On prendra a titre d'exemple la fixation d'un détecteur sur un pieu 11 préalablement enfoncé dans le sol dans une position a peu près verticale ; la mise en station et le réglage de l'appareil de détection d'inclinaison s'effectuent comme suit et demandent dix a quinze minutes au maximum. La rotule étant serrée sur l'embout a vis du pieu et sur le plateau, l'horizontalité du plateau 12 est dégrossie a vue dans deux directions perpendiculaires et la rotule bloquée dans cette position. On vérifie alors que le berceau 16 de chaque rupteur est bien calé provisoirement en face du repère témoin de construction visible sur le secteur 19 et on amène le curseur 34 a la position 0 de l'échelle graduée 35 par rotation de la vis molletée 26 qui entraine la bague échancrée 25 et avec elle l'ensemble des rupteurs. Ces rupteurs étant réglés de construction au contact minimal coplanaire avec le plateau 12 sur marbre horizontal et curseur 34 au O de l'échelle, l'horizontalité du plateau 12 est alors facilement ajustée par observation de la symétrie des gouttes de mercure opposées sur les trois diamètres, et cette symétrie obtenue on bloque fermement et définitivement la rotule. On procède alors au calage affiné en place au contact minimal de chaque rupteur 14, en agissant au moyen d'un petit levier spécial sur chaque berceau 16 que l'on fait basculer très lentement autour de son axe 17 jusqu'a obtenir la rupture de contact et que l'on ramène aussi lentement au contact minimal affiné de la goutte de mercure 30 avec les électrodes 31 ; le passage du courant entre les électrodes de chaque rupteur et dans l'ensemble en série est ainsi assuré à la limite très voisine de la rupture, dans des conditions coplanaires propres a la mise en station, conduisant au maximum de garantie de fiabilité. I1 ne reste alors qu'a incliner l'en- semble des rupteurs au seuil angulaire choisi , par rotation de la vis molletée 26 jusqu'a amener le curseur 34 en face de cet angle choisi comme seuil sur l'échelle graduée 35. L'inclinaison de chaque rupteur se trouve ainsi identiquement augmenté de la valeur de cet angle par rapport a sa position précédente, lorsque le curseur était à zéro , les électrodes 31 sont davantage recouvertes par la goutte de mercure 30 ; la fixation rigide du plateau au pieu support assure alors la rupture de contact d'un rupteur pour une inclinaison du pieu de l'angle i en direction de ce rupteur, et quelque soit la direction de l'inclinaison du pieu il y aura toujours dans cette direction un rupteur dont la goutte de mercure s'éloignera progressivement des électrodes pour rompre le contact au voisinage de l'angle d , il convient de remarquer qu'une inclinaison dans une direction bissectrice de l'angle plan de soixante degrés formé par deux rupteurs voisins serait défavorable puisqu'elle conduirait a une inclinaison plus importante que le seuil prévu pour provoquer la rupture de contact sur les rupteurs encadrants , il convient d'en tenir compte au réglage et de fixer l'angle de réglage R tel que l'on ait tg o( = 2 = 1,155 par excès tg R \r3 c étant le seuil d'inclinaison que l'on sfest fixé et que l'on ne veut en aucun cas dépasser (exemple R = 20,6 pour o( = 30). Cette précaution étant prise toute variation de l'inclinaison du pieu, d'une valeur au plus-égale à l'angle o( , dans une direction quelconque provoquera la rupture du courant sur un rupteur au moins, coupant ainsi le courant dans la ligne 6 et actionnant le signal lumineux et/ou sonore de l'appareil avertisseur à coupure de courant. L'objet de la présente invention est ainsi atteint puisque l'alerte est donnée si dans un point du terrain il se produit soit un déplacement transversal ou longitudinal entre les blocs 1 et 2, (affaissement par exemple), entrainant la rupture du brin 8 ou une inclinaison du pieu dans les conditions de réglage. On notera que la mesure périodique de l'inclinaison prise par un pieu depuis la pose peut être facilement obtenue sans attendre que le seuil de rupture soit atteint ; il suffit de ramener très lentement le curseur vers le zéro jusqu'a ce que la rupture de contact se produise sur l'un des six rupteurs et de lire l'angle indiqué a ce moment par le curseur. Cet angle permet de calculer la valeur du déplacement relatif entre le point de la surface et l'élément profond relié par le pieu. Selon d'autres formes de réalisation in diquées en vue d'illustrer la diversité des moyens d'application de l'invention, les socles massifs peuvent être des blocs de béton à face inférieure plane, les rupteurs a basculement peuvent être constitués par une sphère métallique reposant normalement (fermeture du circuit) sur deux électrodes, ou encore par une masselotte articulée sur un axe et reposant en butée contre un micro contact, etc.... De même il doit être compris que l'ap- plication de l'invention n'est pas limitée å la surveillance des mouvements de terrains des remblais ou autres éléments de la surface du sol, mais qu' elle s'applique aussi bien à la surveillance d'ouvrages, tels que bâtiments, digues, ponts, routes, etc... I1 doit être compris que la présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation ci-dessus décrites, a titre illustratif, mais que sa portée s'étend au domaine défini par les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1.- Procédé de détection de mouvements de terrains ou d'ouvrages, caractérisé en ce qu'il consiste - a détecter le déplacement relatif de deux éléments voisins, d'au moins un groupe de deux éléments de la surface du sol, et simultanément, - à détecter en un point au moins de la surface du sol une variation de pente superficielle ou une variation de l'incli naison d'une droite passant par ce point de la surface et par un élément du sol situé a une certaine profondeur, ladite droite pouvant etre matérialisée par un pieu enfoncé dans le sol en ce point ; 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations de détection si multanée procèdent de la détection de la rupture d'un circuit électrique normalement fermé et parcouru par un courant, ledit circuit comportant en série au moins un détecteur d'écarte ment et au moins un détecteur d'inclinaison et pouvant être ouvert soit lorsque le déplacement relatif de deux éléments voisins franchit un certain seuil, soit lorsque l'inclinaison superficielle ou de la ligne passant par un point de la sur face et un élément en profondeur, franchit un autre seuil ; 3.- Dispositif de détection d'écartement pour la mise en oeuvre d'un procédez selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux sicles massifs et un brin calibré dit "de rupture", ledit brin étant relié oar ses extrémités a chacun des dits socles au moyen d'une borne solidaire de chaque socle, lesdites bornes permettant l'amenée du courant électrique dans ledit brin ;; 4.- Dispositif de détection d'inclinaison pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme a la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de rupteurs à basculement radialement équirépartis autour d'un axe d'un plateau, lesdits rupteurs étant montés en série et assurant normalement la fermeture d'un circuit électrique et pouvant être mis dans une position telle qu'une inclinaison du dit plateau dépassant un seuil d'inclinaison prédéterminé, entraine l'ouverture du dit circuit par l'action d'au moins un des rupteurs ; 5.- Dispositif de détection conforme a la revendication 4, carac térisé : par des moyens de calage individuels de chacun des dits rupteurs, lesdits moyens de calage consistent en un berceau pivotable autour d'un axe placé sur un bras, et calable sur ce bras au moyen d'un secteur de réglage muni d'une vis de blocage , 6.- Dispositif de détection conforme a la- revendication 5, carac terse :: par un moyen de prédétermination du cala ge de l'ensemble des rupteurs, ledit moyen de calage d'ensem ble consistant en l'articulation des dits bras a une de leurs extrémités autour d'axes-supports verticaux montés sur le plateau, chacun des dits bras étant engagé a l'autre extrémi té munie d'une encoche, dans une bague échancrée pouvant mon ter ou descendre verticalement au centre du plateau ; ladite bague étant manoeuvrable au moyen d'une vis de réglage guidée par une crapaudine solidaire du plateau 7.- Dispositif de détection conforme a la revendication 5, carac terse : par un moyen de repérage du réglage, l'ensemble consistant en un curseur solidaire de l'un des bras support de berceau, l'extrémité libre du curseur pouvant être déplacée le long d'une réglette graduée fixée sur le pla teau 5 8.- Dispositif de détection conforme l'une quelconque des re vendications 3 a 7, caractérisé par un ensemble de moyens de transmis sion du courant a un poste central comportant principale ment une ligne isolée reliant en série tous les éléments de détection mécaniques et les rupteurs, et pouvant déclencher un signal lumineux et/ou sonore par rupture de courant pro voqué par le fonctionnement d'un ou de plusieurs éléments du dispositif de détection. 9.- Dispositif de détection selon la revendication 4, caractéri sé en ce que lesdits rupteurs a bascule ment sont des rupteurs à mercure comprenant une ampoule dans laquelle peut se mouvoir une goutte de mercure pour fermer le contact entre deux électrodes ; 10.- Dispositif de détection selon la revendication 9, caractéri sE: en ce que lesdits rupteurs à mercure sont au nombre de six ;