Brevet FR2527778A1 — publié le 19831202

La présente inventioii concerne le contrôle, sur les ciiantiers de travaux publics et particuliers, du traitement des sols par-induction d'une vibration, généralement entretenue, à l'intérieur du sol. Les vibrations sont notammeiit utilisées en travaux publics et particuliers pour liquéfier les sols meubles soumis à ces vibrations. Quand ces sols meubles sont pulvérulents, cad. grosso modo sables, graviers et cailloux, la liquéfaction, détruisant la structure existante, leur permet d'acquérir une structure plus compacte sous l'effet des forces de gravité. Pour controler de façon absolue la compacité obtenue, sont nécessaires des sondages habituels en mécanique des sols, a posteriori.Pendant le processus de compactage, l'observation de lténergie dispensée par la source de vibrations, et donc consommée par le sol vibré pour la déformation plastique que constitue sa restructuration, permet de contrôler relativement le compactage au moment de l'observation, bien qu'il n'existe aucune relation biunivoque entre la puissance absorbée par le so et sa compacité définitive. L'enregistrement continu en fonction du temps de la puissance dispensée par la source de vibrations permet donc un contrôle relatif mais très utile. Dans la pratique, la présence de conditions variables (hétérogénéité naturelle des sols, profondeurs, teneurs en eau, etc.) rend nécessaire de connaître l'énergie consommée en tous points du sol. Il est donc nécessaire d'enregistrer stmultenément en fonction du temps la puissance absor@ée et la position de ce qui constitue pour le sol la source de vibrations. Dans les sols cohérents notamment (grosso modo limoue et argiles), dans les conditions industrielles actuelles, les forces de gravité disponibles sont insuffisantes pour permettre un compactage efficace, et il est nécessaire d'incorporer dans le sol naturel cohérent des éléments pulvérulents qui se laissent compacter sous l'effet de la vibration. Le mode opératoire dépend de la source de vibrations, Généralemnt on utilise mie aiguille vibrante qui, comme celles utilisées pour le béton, produit des vibrations ho rîzontales circulaires sour l'effet d'excentriques tournants situés à l'extrémité inférieure de l'aiguille et entrainés par un moteur. Sur la fig. 1 est représenté le processus de compactage à l'aiguille vibrante dans un sol pulvérulent homogène : suspendue à un engin porteur (1) llaiguille (2), dont le moteur est entraîné par le groupe (3);. est introduite dans le sol (phase a), souvent à l'aide de lançage par la pointe (4).Quand la profondeur totale de compactage est ainsi atteinte, l'aiguille, toujours en vibration, bute le sol envirorniant (phase b) par des mouvements de va-et-vient qui lui sont imprimés par (1), le poids de l'aiguille s'ajoutant à celui des grains du sol pour faciliter le compactage pendant la butée. Dans certains cas (fig. 2), l'aiguille vibrante est rempla- cée par un tube, fermé ou non en pointe, ou un profilé (5) soumis à des vibrations souvent verticales et linéaires imprimées par un vibrofonceur (6). Par la suite, le problème posé étant le même, nous désignerons indifféremment par vibreur I1 aiguille- vibrante ou 11 élément rigidé maintenu en vibration (par ex. par vibre- fonceur). Dans les sols cohérents (fig. 3 où le vibreur est une aiguille vibrante), le vibreur (2) est introduit généralement à 11 aide de lançage, qui érode le-sol en place et maintient autour du-vibreur un espace annulaire (7) dans lequel descend par gravité le matériau pulvérulent d'apport (8). Par le même processus qu'en milieu pulvérulent, le matériau d'apport est compacté et constitue une coîoîine (9). Il raut noter que l'on peut à n'importe quel moment procéder à des injoctions servant à l'élaboration de la coionne (coulis, boues, etc.), si bien que sur la fig. 3 sont figurées en (10) l'alimentation du moteur, en (ii) l'alimentation et eau ou air de lançage. et en (12) l'alimentation éventuelle en adjuvant comme le coulis. Les sols cohérents ne subissant pas de déformation plastique sous l'effet des vibrations, la consommation d'énergie durant la vibration est très faible, et il suffit d'observer si pendant la mise en butée par le vibreur une énergie est consommée pour savoir si le vibreur est alors entouré de matériaux cohérents naturels ou de matériaux d'apport pulvérulents.Selon le processus décrit en fig. 3, le vibreur doit toujours être entouré de matériaux d'apport lorsqu'il est mis en butée, et donc la non consommation d'énergie est alors une anomalie d'exécution. Néanmoins, l'une des anomalies les plus graves étant l'étranglement d'une colonne, cad. son interruption à un certain niveau, le seul enregistrement de la puissance en fonction du ternps ne permet pas de contrôler l'absence d'étranglement, car il peut fréquem- ment arriver (par ex. couches vasardes) qu'une irrégularité dans le niveau des matériaux d'apport soit cachée par une irrégularité dans la profondeur de butée. pour s'assurer qu'à chaque passe le volume de matériau d'apport mis en butée est bien en contact continu avec celui rnis en butée lors de la passe précédente, il est dolic nécessaire de vérifier, par l'enregistrement de la puissance en fonction du temps, la présence de matériaux pulvérulents sous la pointe du vibreur, à chaque passe, mais aussi par l'enregistrement de la profondeur du vibreur en fonction du temps, la régularité et la continuité des passes. La quantité d'énergie consommée étant fonction, entre autres, d'autres paramètres tels que le volume de matériaux d'apport, ltétreinte du sol naturel, etc., l'observation a posteriori de l'enregistrement simultané de la puissance @@sorbée et de la prorondeur du'vibreur en fonotion du temps est nécessaire et suffisante pour contrûler le degré, l'é- tendue et la régularité du compactage d'un sol pulvérulent n place ou d'un sol pulvérulent, loca-lenent substitué a un sol cohérent en place, sous forme de colonnes, quand on couinait les données classiques du sol (granulométrie @tc.). Le but de la présente invention est l'enregistrement simultané de la puissance dispensée et de la profondeur' d'un vibreur dans le sol. l'enregistrement de l'énergie dispensée par le vibreur se fait parfois en chantier, mais en 11 absence d1enregistre- ment simultané de la profondeur, il est fréquent qu'on ne puisse conclure, notamment en sol cohérent, et il subsiste toujours un doute qui ne peut 8tre levé quant à la régularité et l'étendue- du traitement. Par ailleurs la profondeur d'un outil de travail dans le sol est parfois enregistrée, rarement en géotechnique, et pas dans le but dtassurer, par couplage avec l'enregistrement de l'énergie, le contrôle systématique -d'un traitement de sol par vibrations entretenues. En particulier le principe du capteur décrit ci-dessous est fréquemment utilisé, mais pour des objets différents (jaugeage de-bacs, vitesse d'avancement d'un outil de forage etc.). Un dispositif préférentiel, objet de l'invention proposée, décrit en fig. 4, où le-vibreur est toujours repré- senté par (2) et l'engin de levage par (1 ), comporte un enregistreur de profondeur du vibreur et un enregistreur de puissance.L'enregistreur de profondeur comporte un capteur constitué par un fil, un câble, une channe ou analogue (13) solidaire de la tête du vibreur, tendu par un couple de rappel (par ex. ressort de torsion) sur un tambour (14), éventuellement par l'intermédiaire d'un renvoi d'angle (19), Le diamètre du tambour (14) est transmis a un enregistreur (16) par l'intermédiaire d'un potentiomètre (17) dont la résistance varie linéairement avec le nombre de tours du tambour ( 14), 11 intensité enregistrée étant donc, pour une tension d'alimentation. constante, proportionnelle à la pro- fondeur du vibreur. De plus en plus, les vibreurs sont entraînés par des moteurs hydrauliques dont l'énergie consommée est proportionnelle ,- dans un rapport quasi constant, à la pression du fluide dta- limentation. Il suffit donc de piquer sur la conduite d'alimentation du moteur (io) un manomètre enregistreur (18) Quand le moteur est d'un autre type il suffit d'-enregistrer la variable caractéristique de la puissance, par ex. l'in- tensité pour un moteur électrique. L'étalonuage des enregistrements se fait facilement en géotechnique par observations immédiates : profondeur zéro au a eau du sol, profondeur maximum mesurée directement, coefficient de proportionnalité (et leurs variations éventuelles) mesurées une fois pour toutes, Il peut être utile, pour faciliter la lecture, d'enregistrer tous les paramètres sur un même diagramme, de préférence en coordonnées polaires, par ex. avec une couleur différente pour chaque paramètre, ét avec une différence de phase constante et simple entre les paramètres (par ex. pour deux paramètres'0 ou 1800). Le cas échéant on peut enregistrer simultanément d'autres paramètres avec les deux paramètres fondamentaux décrits ci-dessus (puissance et profondeur), par ex. le débit et la pression d'un coulis adjuvant. Le présent dispositif a été décrit dans le cas de vibrations entretenues. il peut s t appliquer dans le principe de façon analogue à un traitement de sol par vibrations libres, notamment échelonnées dans le temps, par ex. en fonction de la profondeur. Sont alors enregistrées les caractéristiques de la percussion ou de la déflagration simultanément avec la profondeur de la source (notamment pour le compactage par explosifs et 11 exécution en sols cohérents de colonnes en matériaux pulvérulents par pilonnage). Le présent dispositif est évidemment également utilisable dans le cas où la source de vibrations n'est pas à la verticale de son support, et se déplace dans le sol, ou å sa sufiace. Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilise pour le contrôle de tous traitements de sois sous l'effet d'une vibration entretenue ou libre, notamment pour le con trolle des traitements de sols par vibrations dans la masse, et plus particulièrement encore dans le cas de sols cohérents où sont exécutées des colonnes en matériaux pulvérulents. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle du traitement des sols par vibrations dans la masse, caractérisé par l'enregistremen-t simultané, en fonction du temps, de la profondeur de la source de vibrations, et de la puissance dissipée dans le sol par celleci. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le capteur et l'enregistreur de puissance sont le capteur et l'enregistreur disponibles dans le commerce et le mieux adaptés pour mesurer la grandeur caractéristique de la puissance du moteur utilisé pour la génération des vibrations, et par le fait que le capteur de profondeur est constitué d'un élément filiforme, déformable, inextensible, solidaire à une extrémité de la source vibrante, et enroulé à 11 autre extrémité sur un tambour circulaire sous l'effet d'un couple de rappel, le diamètre de l'élément filifor-me étant négligeable par rapport à celui'du tambour. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que sont enregistrées les variations du capteur par l'intermédiaire d'un potentiomètre dont la résistance varie linéairement avec le nombre de tours du tambour d'enroulement du capteur. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé par le fait que la profondeur de la source de vibrations et l'énergie consommée par le sol sont enregistrées sur un même enregistreur multipistes avec une différence de phase facilement repérable. 5. Dispositif selon les revendications ' ou 4 caractérisé par le fait que d'autres paramètres du traitement de sol sont enregistrés simultanément avec les deux paramètres -fondamentaux. 6. Dispositif selon les revendications 2, 3, 4, ou 5 caractérisé par le fait que les vibrations sont libres, non entretenues, périodiques, ou non, dans la masse du sol à traiter ou à sa surface. 7. Dispositif selon les revendications 2, 3, 4, 5 ou 6 caractérisé parle fait que la source de vibrations n'est pas à La verticale de son support, mais n une distance quelconque de celui-ci,- variable, dans le sol ou à sa surface.