Brevet FR2546299A1 — publié le 19841123

L'invention concerne des perfectionnements aux appareils pour déterminer les variations de volume d'une cellule deformable dilatable enfoncée dans un terrain et soumise à des gradients de pression de gaz interne. Le principe de ces appareils est exposé dans le brevet français 1 117 983 de Monsieur Louis MENARD dans lequel les appareils sont dénommés "Pressiomètres" (marque déposée) Pour l'essentiel, ils comprennent une cellule dilatable à enfoncer dans le terrain dont on veut déterminer certaines caractéristiques mécaniques, des moyens pour introduire dans la cellule un liquide de gonflage, des moyens pour créer une pression de gaz sur ce liquide, et des moyens pour mesurer les variations de volume de la cellule ainsi que la pression du gaz En outre, ces appareils comportent habituellement une ou des cellules de garde qui accompagnent la cellule dilatable et qui sont-soumises à une pression de gaz qui est en relation avec la pression de gaz sur le liquide de la cellule dilatable, ceci pour assurer un champ de contraintes cylindrique pendant les mesures et pour faciliter le dégonflement de la cellule lorsque l'essai est terminé. Différents appareils fonctionnant suivant ce principe ont été proposés depuis 1955 et un développement récent a été proposé dans la demande de brevet français 81 11630 En outre, cette technique pour la détermination in-situ des caractéristiques d'un terrain a fait l'objet d'une certaines normalisation: ESSAI PRESSIOMETRIQUE NORMAL (Mode opératoire du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) Ed DUNOD, Paris, 1971) SONDAGE PRESSIOMETRIQUE NORMAL (D T U 11 de la Fédération du Bâtiment) SUGGESTED PRACTICE FOR PRESSUREMETER TESTING IN SOILS de Ernest WINTER ( 1982 ASTM). On pourra également consulter l'ouvrage THE PRESSUREMETER AND FOUNDATION ENGINEERING de F Baguelin, J F Jézéquel et D H Shields (Trans Tech Publications, 1978). L'essai "pressiométrique" consiste à imposer des paliers de pression au liquide qui remplit la cellule dilatable et à mesurer les volumes de la cellule corres- pondant à ces paliers, ces volumes dépendant de la résistance du terrain autour de la cellule. L'opérateur, après avoir déterminé à priori des valeurs de palier pour la pression de gaz sur le liquide de la cellule dilatable, agit manuellement sur l'admission du gaz en surveillant le manomètre qui indique la pression de gaz pour maintenir cette pression à la valeur de palier désirée pendant un certain temps et effectuer la mesure du volume du liquide de la cellule en répétant cette opération pour chaque palier successif. Cette technique exige une grande dextérité pour ne pas dépasser le palier désiré et pour maintenir la valeur du palier pendant toute la durée du palier En pratique, la pression dérive pendant la durée du palier et il est difficile, voire impossible, de déterminer avec exactitude le volume correspondant à la pression de palier désirée, parce que cette pression n'est pas réalisée ou parce que cette pression n'est pas maintenue pendant un laps de temps suffisant, L'invention vise à éviter ces difficultés. On y parvient, selon l'invention, au moyen d'un dispositif qui comprend: une chambre de prédétente à relier à la source de gaz; une canalisation de gaz reliant la chambre de prédétente à une chambre pilote o la pression du gaz s'exerce au-dessus d'un liquide aboutissant à la cellule dilatable; une canalisation de gaz reliant la chambre de prédétente à une chambre tampon reliée à la ou aux cellules de garde; un capteur de pression de gaz apte à fournir un signal 51 représentatif de la valeur de la pression du gaz Pl admis dans la chambre de prédétente; une électrovanne apte à commander l'admission de gaz dans la chambre de prédétente; un capteur de pression de gaz apte à fournir un signal 52 représentatif de la valeur de la pression de gaz P 2 dans la chambre pilote; une électrovanne apte à commander l'admission de gaz dans la chambre pilote; des moyens de détection aptes à fournir un si gnal 53 représentatif de la pression différentielle entre ladite pression P 2 et la pression de gaz P 3 dans la ou les cellules de garde; une électrovanne apte à commander l'admission de gaz dans la cellule tampon, et un ensemble électronique de commande qui reçoit les signaux 51, 52 ' 53 et qui commande les fonctionnements des électrovannes en fonction du programme prédéterminé des valeurs de P 3 et des relations désirées entre P 3, P 2 et PV de façon à réaliser ce programme et ces relations. Le programme prédéterminé des valeurs de la pression P 3 et les relations désirées entre P 3, P 2 et Pl sont choisies par l'opérateur, par exemple en suivant les indications des normes citées plus haut. L'électronique de commande est réalisable sans difficultés par un électronicien connaissant les règles de l'art et informé de ce programme et de ces relations. On décrira ci-après un exemple de réalisation, en référence aux figures du dessin joint sur lequel; 2-46299 la figure 1 est une vue de principe du dispositif; la figure 2 est une vue du dispositif de l'invention selon un mode de réalisation, et la figure 3 est une vue de différentes courbes de montée en pression obtenues à partir d'une commande manuelle ou selon la présente invention. Sur le schéma de la figure 1, la sonde de mesure 1 enfoncée dans un trou de forage 2 d'un terrain 3 comprend une cellule dilatable 4 et deux cellules de garde 5 communicantes Il ne s'agit que d'un exemple de réalisation et l'invention n'est pas limitée à cette réalisation. La cellule dilatable est remplie d'un fluide incompressible, généralement de l'eau, et est reliée à la surface par une canalisation 6 qui sert à introduire-(ou à évacuer) ce liquide Les cellules de garde sont reliées à la surface par une canalisation 7 qui permet d'introduire un gaz, par exemple de l'air ou de l'azote, dans ces cellules. Une source d'air comprimé 8 est utilisée, après détente à une pression P 1, pour fournir une pression P 2 qui s'exercera sur le fluide de la cellule dilatable et une pression P 3 qui s'exercera dans les cellules de garde. Au cours d'un essai "pressiométrique", la pression P 2 doit s'élever d'une valeur nulle à une valeur finale, par une suite arithmétique de valeurs de palier, chaque palier étant maintenu pendant une durée constante choisie à priori. 2546299, a) si Plim est la pression limite (estimée à priori) et N le nombre de paliers, le PAS du programme de montée arithmétique de P 2 est égal à PAS = plim N La durée T de chaque palier est fixée habituellement à 60 secondes mais cette durée, en fait, peut être choisie différente (par exemple 30 secondes). Le nombre de pas d'un essai est généralement égal à 10 mais ce nombre peut être choisi différent. Le programme de montée de la pression P 2 est dé choisi à priori à partir d'une valeur estimée de Plim,d choix de N et d'un choix de T. b) La pression P 3 est généralement liée à la pression P 2 de façon que la pression différentielle P 3 P 2 soit égale à: P 3 P 2 = 0,1 H 1,1 o H est la profondeur de la cellule de mesure exprimée en mètre et o les pressions P sont exprimées en bars. c) la pression Pl est généralement réglée de Dnc un façon que Pl P 1 im + K o Plim est la pression limite (estimée à priori) exprimée en bars La constante K est choisie de façon que même si la pression limite a été sous estimée, Pl soit cependant supérieure à Plim réelle Une marge de sécurité générale- ment suffisante est K = 20. Le dispositif de l'invention pour assurer une montée automatique de P 2 suivant le programme choisi comprend une chambre de prédétente 9 reliée à la source de gaz 8 par l'intermédiaire d'une électrovanne 10, un capteur 11 pour détecter la pression de gaz Pl dans la chambre 9 (ce capteur peut détecter cette pression dans la chambre ou en amont ou en aval de la chambre), une chambre pilote 13 reliée à la chambre de prédétente 9 par une canalisation 12 sous le contrôle d'une électrovanne 14, cette chambre pilote contenant un liquide 15 sur lequel s'exerce la pression P 2 du gaz dans la chambre pilote et ce liquide 15 étant en communication avec la cellule dilatable 4 un capteur 16 pour détecter la pression P 2 (ce capteur détecte la pression dans la chambre pilote ou sur le trajet du liquide 15 vers la cellule dilatable), une cellule tampon 17 reliée à la chambre de prédétente 9 par une canalisation 18 sous le contrôle d'une électrovanne 19 et reliée à la canalisation 7 qui conduit aux cellules degarde; un capteur différentiel 20 qui détecte la différence de pression entre la pression de gaz P 2 et la pression de gaz P 3 de la cellule tampon, et un bloc de commande électronique 21 qui reçoit les signaux de sortie 51, 52, 53 des capteurs 11, 16, 20 et qui commande les électro- vannes 10, 14, 19 de façon à réaliser le programme défini en a) et les relations définies en b) et c) En bref, ce bloc électronique, à partir des données que lui fournit l'opérateur (Plim estimée, profondeur de la cellule de mesure, nombre et durée des paliers) réalise le programme de montée de la pression P 2 ' Les valeurs du volume de la cellule dilatable que l'on peut déterminer par exemple en suivant les variations du volume V de liquide 15 dans la cellule pilote 13 sont, d'autre part, captées par un moyen quelconque approprié 22 et sont lues pour chaque palier de pression par le bloc 21 Un écran 23 permet de visualiser les couples P 2, V pour chaque valeur de palier. En pratique, selon le type de Pressiomètre utilisé, le dispositif peut être plus compliqué. La figure 2 est un exemple d'un dispositif conçu pour un Pressiomètre de commerce. On voit sur cette figure que le dispositif est complété par des électrovannes 24, 25, 26 qui commandent, en tant que de besoin, la mise à l'échappement de la chambre de prédétente 9, de la chambre pilote 13 et de la cellule tampon 17 Ces électrovannes sont également commandées par le bloc électronique 21 pendant la phase de descente de la pression P 2 lors du dégonflage de la cellule dilatable 4. Chaque couple électrovanne d'admission- électrovanne d'échappement peut être constitué par une électrovanne unique de façon en soi connue. Dans une variante de réalisation perfectionnée, le bloc électronique est conçu pour assurer un certain nombre de sécurités, notamment les opérations suivantes: terminer prématurément l'essai si le volume de la cellule dilatable approche la capacité limite de cette cellule(par exemple si ce volume dépasse 550 cm 3 pour une capacité limité fixée à 600 cm 3). terminer prématurément l'essai si la pression P 2 appr cheune pression de sécurité par exemple une pression de 70 bars. calculer à partir des premières mesures le module "pressiométrique" E 3 (VREF + V(i) + V(i _ 1)) Pl Pl 1 -2 Vi Vi 1 (o VREF qui dépend de la sonde est par exemple égal à 585), en déduire la valeur limite correspondante de la pression P l O E lim E O comparer cette valeur à la P lim estimée à priori, corriger la valeur du PAS si le rapport P'lim' Plim est extérieur à une gamme choisie A-B (o A est par exemple un nombre compris dans l'intervalle 0,4-1,5 et B est par exemple un nombre compris dans l'intervalle 1,5-3) et provoquer un nouvel essai avec la nouvelle valeur du PAS. Le tableau I est un organigramme qui illustre le fonctionnement du bloc électronique Dans ce tableau, l'indice i signifie que la valeur indiquée correspond au palier (i) de la série arithmétique des paliers de la pression P 2 Dans ce tableau, RND (N/2,5) signifie valeur arrondie de N/2,5. Le tableau I est un exemple type des indications utiles à l'homme de métier électronicien pour réaliser un bloc de commande à partir de microprocesseurs, transistors, et analogues. La figure 3 montre pour l'exemple des courbes de montée en pression obtenues à partir d'une commande manuelle plus ou moins expérimentée (courbes CV C 2) ou à partir d'une commande automatique (courbe C 3). V'J -CI'7 3 JP Ua IIV- j-L-JICl d 4 Soed Y O = -'c a :anballel-9 1 ivss::i 'l 30 Nîjj:__- lin 1 d = 5 pim; 41 LS V-d 4 l =IIIA'0 = 11 d aidno 3 t ainsa N 1 "'Id = S Vd 1 O = 3 Ne 15 Noqd 1 ,103 j 3 cld-Joed l'O=( Zd %=P 117 di r lil'vslliúlvl 66 z 9 5 3 REVENDICATIONS 1 Appareil pour déterminer les variations de volume d'une cellule dilatable, cette cellule étant remplie d'un fluide incompressible soumis à la pression d'un gaz provenant d'une source de gaz et cette cellule étant accompagnée d'une ou de plusieurs cellules de garde également soumises à la pression d'un gaz, l'ensemble de la cellule gonflable et de la ou des cellules de garde constituant une sonde à enfoncer dans un terrain dont on veut déterminer des caractéristiques mécaniques, appareil caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de prédétente 9 à relier à la source de gaz 8; une canalisation de gaz 12 reliant la chambre de prédétente à une chambre pilote 13 o la pression du gaz s'exerce au- dessus d'un liquide 15 aboutissant à la cellule dilatable 4; une canalisation de gaz 18 reliant la chambre de prédétente 9 à une chambre tampon 17 reliée à la ou aux cellules de garde 5; un capteur de pression de gaz 11 apte à fournir un signal 51 représentatif de la valeur de la pression du gaz Pl admis dans la chambre de prédétente; une électrovanne 10 apte à commander l'admission de gaz dans la chambre de prédétente; un capteur de pression de gaz 16 apte à fournir un signal 52 représentatif de la valeur de la pression de gaz P 2 dans la chambre pilote; une électrovanne 14 apte à commander l'admission de gaz dans la chambre pilote; des moyens de détection 20 aptes à fournir un signal 53 représentatif de la pression différentielle entre ladite pression P 2 et la pression de gaz P 3 dans la ou les cellules de garde; une électrovanne 19 apte à commander l'admission de gaz dans la cellule tampon 17, et un ensemble électronique de commande 21 qui reçoit les signaux 51, 52, 53 et qui commande les fonctionnements des électrovannes en fonction du programme prédéterminé des valeurs de P 3 et des relations désirées entre P 3, P 2 et P 1, de façon à réaliser ce programme et ces relations. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des électrovannes ( 24, 25, 26) qui commandent respectivement la mise à l'échappement de la chambre de prédétente 9,de la chambre pilote 13 et de la cellule tampon 17, ces électrovannes étant commandées par ledit bloc électronique 21 pendant la phase de descente de la pression P 2 lors du dégonflage de la cellule dilatable 4. 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit bloc électronique 21 est conçu pour terminer prématurément l'essai si le volume de la cellule dilatable approche la capacité limite de cette cellule. 4 Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit bloc électronique est conçu pour terminer prématurément l'essai si ladite pression de gaz de la chambre pilote approche une pression de sécurité. 5 Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit bloc électronique 21 est conçu pour calculer la valeur limite correspondant au module "pressiométrique", comparer cette valeur à la pression limite estimée à priori, corriger la valeur du PAS si le rapport des deux valeurs est extérieur à une gamme choisie et provoquer un nouvel essai avec la nouvelle valeur du PAS.