Brevet FR2629846A1 — publié le 19891013

La présente invention a pour objet un nouveau procédé de compactage de sol, en particulier de sols constitués par des sables, des graviers, des alluvions grossières ou des remblais d'enrochement. Il est déjà connu de compacter des remblais en dessus et en dessous de la nappe phréatique sur des épaisseurs qui peuvent être de l'ordre de 10 à 15 mètres en laissant tomber des pilons de poids élevés, par exemple de 10 à 30 tonnes d'une hauteur qui peut être de 20 à 40 mètres par exemple. I1 est également connu de contrôler l'efficacité du compactage ou de la densification en profondeur qui est ainsi obtenu en procédant, après une série de pilonnages, à des tests in situ, tels que des essais de pénétration standards. Malheureusement, aucun essai de ce type ne peut être valablement réalisé dans des terrains dont la nature a été rappelée ci-dessus car la mécanique des milieux continus ne peut être appliquée. En effet, la taille de l'appareillage est par trop voisine de la dimension des plus gros éléments de ces terrains pour que les essais puissent être interprétables. C'est la raison pour laquelle on a imaginé de procéder à des contrôles de densification en opérant des chargements superficiels qui consistent à recouvrir le terrain densifié par un remblai provisoire de 3 à 4 mètres de hauteur ce qui permet de déterminer la déformation du terrain sous-jacent. On a également songé à mesurer la densification ou le compactage du terrain en procédant à des chutes de pilons (notamment du pilon qui a servi à faire le compactage) d'une hauteur réduite, et on a en particulier songé à utiliser un tel pilon muni d'un accéléromètre et d'un préamplificateur reliés par câbles à un amplificateur disposé à poste fixe sur le terrain, ce qui permet de tracer l'accélération, la vitesse et le déplacement du pilon en fonction du temps et de déterminer un coefficient de raideur du terrain compacté, entre deux séries de pilonnage de densification. La présente invention concerne un perfectionnement à ce dernier type de procédé, qui permet de réaliser une mesure en continu de la densification obtenue et d'arrêter le compactage lorsque la densificiation désirée se trouve acquise, ceci d'une manière totalement automatique sans avoir à interrompre le pilonnage de densification pour effectuer une quelconque mesure. La présente invention a pour objet un procédé de compactage dynamique profond des sols du type selon lequel on fait tomber un pilon de masse élevée d'une hauteur importante, caractérisé par le fait qu'à l'aide d'au moins un accéléromètre placé sur le pilon, on émet, par exemple par voie hertzienne, des données concernant les caractéristiques dynamiques du choc du pilon sur le sol compacté; que l'on recueille ces données sur un récepteur disposé sur, ou en liaison avec, l'engin de levage du pilon; que lton traite ces données par un micro-processeur pour en extraire une valeur caractéristique du compactage et que l'on interrompt automatiquement le compactage lorsque ladite valeur caractéristique a atteint le niveau minimum désiré. La présente invention a également pour objet un appareil de compactage dynamique profond des sols, du type comportant un pilon de masse élevée et un moyen permettant d'élever ledit pilon à une hauteur importante et de le laisser tomber sur le sol, caractérisé par le fait que le pilon comporte au moins un accéléromètre dont les données sont transmises à un préamplificateur et à un émetteur, par exemple de type hertzien; un récepteur situé à poste fixe, de préférence sur l'engin de levage, recevant les données du ou des accéléromètres; un amplificateur amplifiant lesdites données; un dispositif traitant en temps réel les données fournies par le ou les accéléromètres pour fournir une valeur caractéristique du compactage du terrain; et un dispositif interrompant automatiquement le compactage lorsque ladite caractéristique révèle que le compactage recherché a été atteint. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on place sur le pilon deux accéléromètres de sensiblité différente. L'un d'entre eux permet de mesurer les faibles accélérations, par exemple entre - 2 et + 2 g, tandis que l'autre permet de mesurer des accélérations élevées se situant par exemple dans les gammes de - 2 à + 250 g. Conformément à l'invention, il est souhaitable de disposer sur le pilon deux groupes d'accéléromètres de chaque type. Les accéléromètres peuvent être placés, soit sur la surface supérieure du pilon, soit encore dans un ou plusieurs puits aménagés à l'intérieur du pilon. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les accéléromètres de chaque groupe sont au nombre de trois et sont disposés selon les trois directions d'un trièdre trirectangle. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, on dispose également à l'intérieur du pilon la batterie d'alimentation en courant électrique ainsi qu'un système électronique comprenant un préamplificateur des données recueillies par les accéléromètres, un multiplexeur, un émetteur et une antenne d'émission. Conformément à l'invention, on dispose de préférence sur l'engin de levage une antenne de réception, un démultiplexeur, un convertisseur analogiqueinumérique, une interface pour communiquer avec un micro-ordinateur et un micro-ordinateur équipé des logiciels de traitement et de gestion de données appropriés. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la saisie des données provenant des accéléromètres s'effectue durant une première phase qui correspond à la chute libre du pilon avec une fréquence d'acquisition des données qui est relativement faible et qui est par exemple de 10 à 100 mesures à'la seconde, puis, dans une seconde phase, dès le début de l'impact du pilon sur le sol, on passe à une fréquence d'acquisition beaucoup plus élevée, qui est par exemple de 10.000 à 20.000 mesures par seconde. Conformément à l'invention, on réalise le passage automatique de la première période de détection à faible fréquence de mesure à la deuxième période de détection à haute fréquence de mesure, par exemple par le fait qu'au moins un accéléromètre de faible sensibilité atteint son niveau de saturation. Conformément à l'invention, on peut utiliser comme valeur caractéristique du compactage l'accélération maximale enregistrée lors du choc, ou encore, la durée de l'impact, ou encore, une combinaison de ces deux grandeurs. Conformément à l'invention, on peut également utiliser comme valeur caractéristique du compactage le coefficient de raideur dynamique qui est couramment utilisé dans la technologie des sols. Conformément à l'invention, on peut réaliser le compactage aussi bien de sols non recouverts d'eau que de sols immergés. Dans ce dernier cas, l'on place sur le pilon un dispositif qui enregistre et stocke à bord du pilon l'ensemble des données fournies par les accéléromètres à partir du début de la chute du pilon jusqu a son immobilisation après l'impact, et l'on place sur l'engin de levage un émetteur qui envoie un signal assurant le déclenchement de l'émission des données stockées dans la mémoire du pilon. Il en résulte que, dès que, lors du relevage ultérieur du pilon, l'antenne de ce dernier sort hors de liteau, l'émetteur du pilon se met à fonctionner pour transmettre les données recueillies lors de la chute précédente, au récepteur qui traite ces données, comme cela a été expliqué ci-dessus. On voit que, grâce à l'invention, il est possible de réaliser automatiquement la densification d'un sol par pilonnage, en interrompant ce dernier en un point donné du terrain lorsque le compactage y a atteint la valeur désirée et sans qu'il soit nécessaire d'effectuer aucune mesure particulière entre les différentes phases de compactage. On peut ainsi, grâce à l'invention, réaliser des dispositifs de compactage fonctionnant d'une manière totalement automatique, le déplacement de l'engin qui porte le pilon s'effectuant automatiquement d'une distance et dans une direction données, dès que la caractéristique du compactage a été acquise sur le point de pilonnage précédent. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrite maintenant, à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif, plusieurs modes de réalisation pris comme exemples et représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une vue schématique du dispositif de compactage conforme à l'invention, destiné à compacter des sols hors d'eau, - la figure 2 est un dispositif de compactage selon l'invention destiné à compacter des sols immergés, - la figure 3 est un schéma de l'émetteur situé sur le pilon, - la figure 4 est un schéma d'un premier mode de réalisation du dispositif récepteur qui est situé à poste fixe, et - la figure 5 est un autre mode de réalisation du dispositif de la figure 4. On a représenté schématiquement sur la figure 1 un appareil selon l'invention réalisant le compactage d'un remblai hors d'eau. On voit sur cette figure l'engin de levage 1 qui, dans le cas présent, est monté sur chenilles, et qui est capable de soulever et de laisser tomber le pilon 2, ce dernier peut avoir un poids de quelques dizaines de tonnes et ltengin 1 est capable de le soulever à une hauteur par exemple de 30 mètres pour le laisser ensuite tomber. Conformément à l'invention un dispositif électronique 3 placé sur le pilon comporte au moins un accéléromètre dont les données sont préamplifiées pour être fournies à un émetteur dont l'antenne 4 permet la transmission de ces données par voie hertzienne jusqu'à l'antenne 5 du récepteur 6 qui est disposé sur l'engin 1 afin d'assurer l'interruption du pilonnage lorsque les caractéristiques voulues pour le compactage ont été obtenues. La figure 2 représente une variante de l'appareil de la figure 1 dans laquelle l'engin de levage 1 est monté sur une barge la pour assurer le compactage d'une couche de remblai rocheux disposé sur le fond d'une étendue d'eau. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le dispositif électronique 3 comprend un organe de stockage des données qui sont fournies par l'accéléromètre entre le début de la chute du pilon 2 et son immobilisation après l'impact. Lorsque le pilon 2 est remonté dans la position 2' pour être ensuite à nouveau laché pour un nouveau pilonnage, 1' antenne 4' se trouve en position hors d'eau ce qui permet une communication avec l'antenne 5 située sur l'engin de levage. Dans ce 'mode de réalisation le dispositif électronique 6 comporte également un émetteur qui lors de la remontée du pilon émet en permanence des signaux de déclenchement de ltenvoi des données stockées sur le dispositif électronique 3 du pilon. I1 en résulte que dès que l'antenne 4' est suffisamment hors de l'eau pour pouvoir recevoir les signaux de déclenchement en provenance de l'antenne 5, les données stockées dans le dispositif électronique 3 du pilon 2 sont automatiquement émises pour être analysées par le dispositif électronique 6 qui détermine si le compactage réalisé est suffisant ou non. On a schématiquement représenté sur les figures 3 le schéma du dispositif électronique 3 qui est situé sur le pilon. Ce dispositif comprend un capteur d'accélération 7 qui permet de mesurer les accélérations ayant par exemple des valeurs comprises entre -2 g et +2 g, ainsi qu'un capteur d'accélération 8 qui permet de mesurer les accélérations comprises entre -2 g et 250 g. Ces deux accéléromètres 7 et 8 envoient leurs informations au dispositif électronique 9 qui les amplifie et qui les émet par l'intermédiaire de l'antenne 4. L'accéléromètre 7 est utilisé pour mesurer les caractéristiques de la chute pendant la descente du pilon, alors que l'accéléromètre 8 est utilisé pour mesurer les caractéristiques de l'impact du pilon sur le sol. L'accéléromètre 7 est réalisé de manière à pouvoir supporter les accélérations très élevées résultant de l'impact. On a représenté sur la figure 4 un mode de réalisation du dispositif électronique 6. On retrouve sur la figure 4 l'antenne 5 qui percoit les signaux émis par l'antenne 4 et les transmet à un récepteur 10 qui alimente, d'une part un amplificateur Il pour les signaux provenant de l'accéléromètre 7, et d'autre part un amplificateur 12 pour les signaux provenant de l'accéléromètre 8. Les amplificateurs 11 et 12 sont reliés respectivement à des dispositifs de conditionnement de signaux 13 et 14 qui alimentent eux-mêmes des convertisseurs analogiques/digitaux 15 et 16. L'amplificateur 11 qui traite les données provenant de l'accéléromètre 7 est également relié à un détecteur de seuil 17 qui détecte la saturation de l'accéléromètre 7. Le détecteur de seuil 17 est relié à un dispositif 18 qui commande l'horloge contrôlant la fréquence des échantillonnages pour passer par exemple d'une fréquence de 10 mesures à la seconde lors de la descente du pilon à une fréquence de par exemple 10 ou 20.000 mesures à la seconde lors de l'impact du pilon sur le sol. On voit également sur la figure 4 un micro-processeur 19 qui est relié au contrôleur d'horloge 18 et qui reçoit les données des convertisseurs analogiques/digitaux 15 et 16 en échangeant avec ces derniers des instructions de contrôle. On comprend que de cette manière le micro-processeur 19 peut, après traitement des données recueillies par les accéléromètres 7 et 8, déterminer si une valeur caractéristique du compactage a atteint un niveau suffisant, auquel cas le micro-processeur commande l'interruption du compactage qui est poursuivi à l'emplacement voisin. La figure 5 représente un schéma d'un deuxième mode de réalisation du dispositif électronique 6. La partie gauche du schéma de la figure 5 est identique à celle du schéma de la figure 4. Dans le cas de figure 5, le détecteur de seuil 17 est connecté à un commutateur 23 qui commande une des deux horloges 20 et 21 qui fonctionnent à l'aide d'un quartz 22 pour déterminer la fréquence des prises de mesures. Le commutateur 23 envoie les signaux provenant des horloges à une logique de contrôle 24 qui échange ses informations avec le micro-processeur 19. Les signaux conditionnés en 13 et 14 sont envoyés dans un multiplexeur 25 qui est synchronisé par la logique de contrôle 24, un convertisseur analogique/digital 26 étant disposé entre le micro-processeur 19 et le multiplexeur 25. Ce dispositif de structure légèrement différente permet également de déterminer en temps réel les caractéristiques du compactage obtenues par le dernier impact et permet aussi de savoir si on doit poursuivre on interrompre le compactage. il est bien entendu que que les modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier, il est clair que, bien que la transmission des données entre le pilon et l'engin de levage ait été décrite comme utilisant la voie hertzienne, cette transmission de données peut être effectuée par d'autres moyens par exemple par infra-rouges ou ultrasons. REVENDICATIONS 1. Procédé de compactage dynamique profond des sols, du type selon lequel on fait tomber un pilon de masse élevée d'une hauteur importante, caractérisé par le fait qu'à l'aide d'au moins un accéléromètre placé sur le pilon (2) on émet des données concernant les caractéristiques dynamiques du choc du pilon sur le sol compacté; que lton recueille ces données sur un récepteur (6) disposé sur ou en liaison avec l'engin de levage du pilon; que l'on traite ces données par un micro-processeur pour en extraire une valeur caractéristique du compactage et que l'on interrompt automatiquement le compactage lorsque ladite valeur caractéristique a atteint le niveau minimun désiré. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les données sont transmises entre le pilon (2) et l'engin de levage (1) par la voie hertzienne. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on stocke sur le pilon les données mesurées par l'accéléromètre, et que l'on transmet lesdites données à partir du pilon sur ordre de transmission reçu par le pilon en provenance d'un émetteur situé sur l'engin de levage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on utilise au moins un accéléromètre sensible à de faibles accélérations et au moins un accéléromètre sensible à de fortes accélérations, les mesures s'effectuant à faibles fréquences lors de la chute du pilon et à hautes fréquences lors de l'impact du pilon sur le sol. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on passe de la basse à la haute fréquence de mesures lorsqu'au moins un accéléromètre mesurant les faibles accélérations se trouve saturé. 6. Appareil de compactage dynamique profond des sols, du type comportant un pilon (2) de masse élevée et un moyen (1) permettant d'élever ledit pilon à une hauteur importante et de le laisser tomber sur le sol, caractérisé par le fait que le pilon (2) comporte au moins un accéléromètre dont les données sont transmises à un préamplificateur et à un émetteur(3); un récepteur (6) situé à poste fixe, de préférence sur l'engin de levage (1) recevant les données du ou des accéléromètres; un amplificateur amplifiant lesdites données; un dispositif traitant en temps réel les données provenant du ou des accéléromètres pour fournir une valeur caractéristique du compactage du terrain; et un dispositif interrompant automatiquement le compactage lorsque ladite caractéristique révèle que le compactage recherché a été atteint. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le pilon comporte au moins un accéléromètre mesurant les faibles accélérations, par exemple entre -2 g et +2 g, et au moins un accéléromètre mesurant les accélérations élevées, par exemple entre -2 g et +250 g. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que les accéléromètres sont placés sur la surface supérieure du pilon ou dans un ou plusieurs puits aménagés à l'intérieur du pilon. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que les accéléromètres sont au nombre de deux groupes de trois et qu'ils sont disposés pour chaque groupe selon les trois directions d'un trièdre trirectangle. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que le pilon (2) comporte une batterie d'alimentation, un système électronique comprenant un préamplificateur des données receuillies par les accéléromètres, un multiplexeur, un émetteur et une antenne d'émission (4). 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait que l'engin (1)' de levage comporte une antenne de réception (5), un démultiplexeur, un convertisseur analogique/numérique, et une interface pour communiquer avec un micro-processeur équipé des logiciels de traitement et de gestion de données, appropriés.