Brevet FR2631654A1 — publié le 19891124

La présente invention concerne un procédé et un appareil d mesure de la pression interstitielle dans un snl saturé. Pour la mesure in situ rie la pression interstitielle d'un sol on pince dons ce sol une cellule poreuse teliée à un dispositif de mesure hydrostatique situé à la surface du sol. Un équilibre hydrostatique s'étahlit alors entre l'intérieur de la cellule et le sol environnant. la pression à l'intérieur de la cellule étant. à l'équilibre. égale à la pression interstitielle du sol situé autour. Il suffit donc de mesurer alors le pression de l'eau à l'intérieur de la cellule poreuse. Les appareils utilisée jusqu'à présent sont de deux types différents h savoir du type piézomètre ouvert ou pié zomètre fermé Un piézomètre ouvert est une cellule filtrnn te ou un tuhe perforé relié à a un tube ouvert vertical dans lequel on relève le niveau statique de l'cau et le circuit piézomètrique est donc h l'atmosphère. Un piézomètre fermé est constitué par une cellule filtrante relié@ h un rircuit fermé et une fois le piézomètre posé la mesure est effectuée soit sans variation de volume (contrepression) soit nve une très légère variation de volume (déflexion d'un proane détecteur par exemple).Parmi les piézomètres fermés les piézomètres électriques sont des appnreils à mesure directe dans lesquels la pression interstitielle du sol s'exerce "n permanence sur un organe déformahle qui traduit les variations de pression en signaux électriques. Dans un tel piéze mètre électrique la cellule filtrante renferme un petit diaphragme élastique circulaire sur 'une des faces duquel s'exerce la pression interstitielle et sur l'autre face duquel est fixé le dispositif de mesure proprement dit. Sous l'effet de la pression le diaphraqme qui est rncastré à sa périphéric. se déforme et le dispositif de mesure traduit cette déformation en un siqual élecirique.Le disposilif de mesure adopté à cet effet peut être cnnstitué par une jauge de contrainte relevant la tension dans le dinphraqme une ou plusieurs cordes vibrantes ou un capteur de déplacement. Si un tel piézomètre électrique. présente certains avantanges tel qu un faible encombrement une obipption rapide des mesures un e@efficiant volumétrique faible et un tamps de réponse faible il a cependunt plusieurs inronvénients. En premier lieu il arrivr souvent que le disphragme sensihle portant le dispositif de mesure soit endommagé lors de la mise en place du piézomètre.Pour cette raison lea piézo mètres électriques sont placés actuellement au fond d un forage effectué préalablement et ils ne sont donc pas enfon cés dans le sol si bien que 1 appareil de mesurea est pas placé réellement au sein du matérinu à étudier 0 autres inconvénients présentés par un tel piézomètre électrique sont les défauts de précision de la mesure dus à un phéne mène de fatigue du dinphragme (partn d élasticité) et à la dérive des orgones détecteurs (colle des jaunes etc) ei In coût important du matériel qui n est pas récupérahle. A cet effet ce procédé de mesure de la pression interstitielle dans un sol saturé dans lequel on place dans le fond d un forage effectué dans ce sol une sonde de mesu re comprenant un ansemble filtrant une chambre de mesure et un piézomètre électrique cette sonde de mesure élant relién à un appareil d'enregistrement do résullat de In mesure en surface caractérisé en ce qu'on fix" la aonde de mesure à 1 extrémité inférieure d un frain de tiges en dessous d un abturateur gonflable (Z) an prolège 1 ensemble filtrant de la sonde de mcsure par une jupe de protection reliér à l'obturateur gonflable on enfonce la sonde de mesure dans le sol. nu fond du forage rn maintenant 1 casemble filtrnnt recouvert par la jupe de protection et avant et pendant 1 opétnlion de mesure on nonfle 1 oblureteur de manière à provoquer un coulissement de la jupe de protection vers le haut et à découvtir 1 ensemble filtrant de la sonde de mesure L in vention a écslement pour objet un appareil de mesure dc la pression interstitialle dans un sol saturé destiné à etre descendu dans un forage exécuté dans le sol cet appareil comportant unr sonde de mise ure comprenent ta ensemble filtrant und chimbre de mesure et un piézométre électrique relié à un appareil d enregistrement des données en surface, caractérisé en ce que la sonde de mesure est fixée à l'extrémité inférieure d'un train de tiges. en-dessous d'un obturateur gonflable et il comprend une jupe de protection entourant la sonde de mesure et fixée à l'extré mité inférieure d'une manchette gonflable de l'obturateur dont seule l'extrémité supérieure est fixc au train dc tiges de manière que le gonflage de la manchette: de l'obtu rateur se traduise par un mouvement de la jupe de protection vers le haut. une fois la sonde de mesure mis an plnee. pou-r découvrir l'ensemble filtrant de cette sonde de mesure. On décrira ci-nprès. à titre d'exemple non limitatif. une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin nnnexé sur lequel La figure l est une vue en coupe axiale d'un appareil de mesure de la pression interstitielle d'un sol sui- vant l'invention, à i 'étet protégé nvant une opération de mesure proprement dite. La figure 2 est une vue en coupe axiale. à plus grande échelle. de la partie extrrtme inférieure rie la sonde de mesure. à l'état protégé avant une opération rie mesure. Les figures 3 et 4 sont ries schémas rie l'ensemble constitué par l'-obturateur. In jupe dr protection et la sonde. cette sonde étant respectivement protégée pendant sn mise en place et non protégée pendant 1 'opération de mesure. Les figures 5,G et 7 sont des vues en coupe. verti- cale schématique illustrnnt diverses phases du procédé de mesure de 1 a pression interstitielle d'un sol avec l'appa reil de mesure suivant l'invention. L'appareil de mesure représenté sur les figures 1 et 2 comprend une sonde cylindrique verticale l qui est descen- due à un niveau approprié, dans un sol saturé dont la pres sion interstitielle doit etre mesurée. au moyen d'un train de tiges équipé h se partie inférieure. au dessus de la sonde 1. d'un obturateur gonflahle 2. dont le tole sera exposé plus loin. La sonde 1 comporte. h son extrémité inférieure. un embout métallique 3 de forme conique à pointe dirigée vers le bas et qui facilite la pénétration de la sonde dans le sol. Cet embout 3 est prolongé vers le haut par une queue exiale 4 filetée h sa partie supérieure et vissée dans un trou axial taroudé 5a d'un raccord cylindri que 5 de même diamètre que l'embout 3.La sonde I comporte par ailleurs un ensemble filtrant 6 qui. dans l'exemple non limitatif illustré sur le dessin. est constitué par plusieurs pierres poreuses annulaires 7. enfilées sur la queue 4 de l'embout 3 et lovées dans l'espace annulaire compris entre la face transversale annulaire supérieure de l'embout 3 et la face annulaire transversale inférieure du raccord 5. Les pierres poreuses sont séparées entre elles et des races transversales de l'embout 3 et du raccord 5 par des joints toriques 13. Par ailleurs la queue 4 d l'embout 3 est en butée contre le fond 5b du trou taraudé 5n par l'intermé- diaire d'une entretoise 9 constituée par une rondelle en cuivre dont l'épaisseur est calculée pour assurer un écrase mcnt optimal des joints toriques fi placés entre les pierres poreuses 7.LH queue 4 de l'embout 3 est percée rie conduits radiaux Il qui débouchent dans sa surface latérale et dans un conduit axial 12 s'ouvrant lui-meme dans la face frontale supérieure de la queue 4. Le raccord 5 présente. dans sa partie supérieure, tin logement axial 5c. ouvert vers le haut et qui communique avec le fond 5b du raccord 5 par un trou central 5d. Dans le loquement 5c est enqaqée la partie inférieure d'un capteur piézométrique électrique 13 t membrane 14 de tout type connu et qui est relié à un appareil de mesure. situé en surface, par des côbles électriqties 15. Le trou central 5d et les conduits 11.12 constituent. ensemble. une chambre de mesure dans laquelle l'eau pénètre. en pas s an t è travers les pierres poreuses 7. la pression dans cette chambre, qui est détectée par le capteur 13. étant. à l'équilibre. égale h la pression interstitielle du sol. La sonde de mesure 1 comprend. au-dessus du raccord intermédiaire 5. Un corps cylindrique 16. de même dinmètre externe que le raccord 5 et dont la partion inférieure taraudée est vissée sur un fileinqe 5e prévu sur la partie supérieure du raccord 5- qui entotire le logement 5c. Un joint d'étanchéité torique 17 est internosé entre l'extrémité inférieure du corps 16 et un épaulement annulaire supérieur 5f du raccord 5. s'étendant entre la partie centrale filetée 5e et la surface latérale du raccord 5. Le corps 16 sert également de support. à sa partie supérieure, h un presse étoupe 18. qui par serrage. adhéra aux cabales électri ques 15 en assurant ainsi l'étanchéité du corps 06. Le corps 16 est prolongé vers le haut par tin manchon 19 qui est vissé sur la partie extrême supérieure filetée du corps 16. avec interposition d'un joint torique 21. Ce man- chon 19 est fixé à l'extrémité -inférieure d'une tige creuse 22 assurant la liaison entra la sonde 1 ct le train de tiges.Cette tige creuse 22 traverse axialement et verticalement l'obturateur 2. comportant une manchetie nonflable 23. eile est reliée h son extrémité supérieure ni train de tiges et elle est fixée. b son extrémité inférieure. h une pièce intermédiaire 24 assurant la linison avec une jupe métallique de protection 25 s'étendant tout le long d la sonde 1. en entourant étroitement le manchon 19 le corps 16 le raccord 5, I'ensemble filtrant 6 et la partie supé- rieure de l'embout 3. comme il est représenté sur les figu rcs 1 et 2.La manchette 23 constituant l'obturateur gnnflable 2 est fixée. à son extrémité supérieure ?3n. à un élé- ment du train de tiges. comme il est représenté sur les figures 3 et 4, tandis que son extrémité inférieure est montée libre par rapport à la tige creuse axiale 22. Ln manchette 23 est réalisée en caoutchouc armé et sous l'effet d'une pression interne d-'un fluide, elle peut .sr dilater sur son diamètre. comme il est représenté sur la figure 4. cc qui entraîne une diminution de sa longueur. Elle peut avoir. par exemple. une longueur de 600mm et une largeur de 30mm "au repos". Le jupe métallique de protection 25 est consti tuée par un cylindre en ncier ayant. par exemple. un dinmè tre externe de 30mm et une longueur rie 210mm. L'épatsseur de son extrémité inférieure est réduite au minimtim nfin de laisser un espace le plus faible possiblc entre l'ensemble filtrent 6 et le sol lors de la rétraction de la jupe comme on le verra plus loin.Par ailleurs des joints d'étanchéit annulaires à lèvre 26.27 sont logés dans des qorqes annulai res transversales prévues respectivement dans les surfaces latérales de l'embout 3 et du raccord 5. en-dessous et nudessus de l'ensemble filtrant 6. afin de créer un espace étanche autour de le chambre de mesure 11.12.5d lorsque la jupe métallique 25 recouvre la sonde J. On décrire maintenant. en se référant plus particu- lièrement aux figures 5 h 7, la mise en oeuvre du procédé et de l'appareil de mesure suivant l'invention. Pour mesurer la pression interstitielle d'un sol saturé 28 on fore tout d'abord dans ce sol un trou vertical 29 d'un diamètre compris entre 05 et 100mm par exemple jusqu'à la profondeur correspondant h la zone à étudier. en dessous du piveau piézométrique 31. On installe ensuite. dans ce trou 29. in tube vertical 32. par exemple en chlorure de polyvinyle, ayant un diamètre extérieur de Snmm et un diamètre intérieur de 38.8mm.Pour l'installation de ce tube on crée, dans le fond du forage. un bouchon protecteur 33. sur une hauteur de 50cm, autour du tube. et on utilise å cet effet un matériau hydrophile gonflent tel qtie celui connu sous le non "GSP". On entoure ensuite le tube 32 d'une couche DE ciment 34 sur une hauteur auffisaats pour assurer l'étanchéité du fond de forage vis-h-vis des apports verticaux en cati. On crée ensuite un pré-trou 35 au fond du tube 32. ce trou étant destiné b recevoir la sonde 1. re pré-trou 35. d'un diamètre légèrement inférieur à celui de la eonde 1 (25mm environ) et profond d'une dizeine de centimètres. est réalisé à l'aide d'un outil de type "trousse-coupante" descendu b l'extrémité d'un train de tiges. On descend ensuite l'ensemble constitué par la sonde 1. alors proténée par la jupe externe 25. et l'obturateur 2. au fond du tube 32. à l'aide d'un train de tiqes 36. L'extrémité inférieure dr la sonde 1. c'est-à-dire son cmbout 3 repose alors nu fond du pré-trou 35. On enfonce ensuite la sonde i dont la partie inférieure est toujours protégée par 1 a jupe 25. sur une hauteur de quelques centimètres. par exomple 4 ou 5 centi mètres, de façon h obtenir un parfait contact entre le sol et la sonde 1 au niveau de l'ensemble filtrant 6. comme il est représenté sur la figure 6. On gonfle ensuite l'obturateur 2. h l'aide d'une source de fluide sous pression située en surface par application d'une pression intcrnr de 8 hnrs. cette pression correspondant approximativement h un diamètre de dilatation de l'obturateur gonflable ? égal h 38.8mm. La manchette 23 constituent l'obturateur gonflable 2 vient alors se plaquer contre la surfece interne du tube 32 et, comme elle est fixée au train de tiqes 36 par son extrémité supérieure 23a. cette manchette se rétracte. et son extrémité infdrieu- re se déplace vers le hnut sur la tige cretise 22.Dans ce déplacement la manchette 23 entrainn avec elle, pur l'inter médiaire de la pibce 24. la jupe de protection 25 qui cou- lisse ainsi vers le haut sur le corps 16 de la sonde. ce qui a pour effet de découvrir l'ensemble filtrant inférieur 6. Le contact entre I'eau interstitielle et la chambre de mesure est alors ainsi établi et la sonde est prêt h'fonctionner. Pendent la mesure de la pression interstitiel le on maintient la pression voulue b l'intérieur de la manchette gonflée 23 et on enregistre automatinuement les données mesurées. Pour récupérer la sonde 1. à la fin d'une opérntion de mesure. iJ suffit de dégonfler l'obturateur 2 et de re- monter le train de tiges 36 h l'extrémité inférieure duquel sont fixés la sonde 1 et l'nbturntetlr 2. REVENDICATIONS 1.- Procédé rie mesure de la pression intrrsti tielle dans un sol saturé dans lequel on pince. dans le fond d'un forage effectué dans ce sol, une sonde de mesure comprenant un ensemble filtrant. une chambre de mesure et un piézomètre électrique. cette sonde de mesure étant reli"e à un appareil d'enregistrement du réstiltat rle la mesure en su-rface. cnrnc- térisé en ce qu'on fixe lo sonde de mesure (1) h l'extrémité inférieure d'un train de tiges (36), en dessous d'un obtura- teur gonflable (2), on protège l'ensemble filtront (6) de la sonde de mesure (1) par une jupe de protection (25) reliée b l'obturateur gonflable (2). on enfonce la sonde rie mesure (1) dans le sol. au fond du forage, en maintenant l'ensemble filtrant (6) recouvert par In jupe de protection (25) et avant et pendant 1 ' opération de masure on qohnfle 1 'ohitira- teur (2) de mani8re à provoquer un coulissement de la jupe de protection (25) vers le haut et å découvrir l'ensemble filtrant (6) de In sonde de masure (1). 2.- Appareil de mesure de la pression interstitielle dans un sol saturé destiné à être descendu dans un forage exécuté dans le sol. cet appareil comportant un sonne de mesure comprenant un ensemble filtrant. un e chambre rie mrsure et un piézométre électrique relié à un appareil d'enregistrement des données en surface. caractérisé en ce que la sonde de mesure (1) est fixée à l'extrémité inférieu- re d'un train de tiges. en-dessous d'un obtureteur gonflable (2) et il comprend une jupe de protection (25) entourant la sonde de mesure (1) et fixée h l'extrémité inférieure d'une manchette gonflable (23) de l'obturateur (2) dont seule l'extrémité supérieure (23a) est fixée au train de tiges rie manière que le gonflage dela manchette (23) rie l'obturateur (2) sc traduise par un mouvement de ]n jupe de protection (25) vers le haut. une fois la sonde de mesure (1) mis an place. pour découvrir lensemble filtrant (6) de cotte sonde de mesure (1). 3.- Appareil suivant la revendicntion 2 carectérisé en ce que la sonde de mesure (1) comporte. h- snn extrémité inférieure, un embout conique (3) à pointe diriqée vers le bas, cet embout (3) étant fixé è un raccord (5) portant, h sa partie supérieure, un capteur piézométrique électrique (13) et délimitant. avec le raccord (5). un cspnce dans lequel est log l'ensemble filtrant (6) de la sonde de mesure 1. 4.- Appareil suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'embout (3) est prolonge vers le hnut par une queue axiale (4) filetée h sa partie supérieure et vissée dans un trou axial taraudé (5a) du raccord cylindrique (5) de msme diamètre que l'emhout (3). la queue (4) de. l'embout (3) est percée de conduit radinux (11) qui débouchent dans sa surface latérale et dans un conduit nxial (12) s'ouvrant lui-même dans la face frontale supérieure dc la queue (4). le raccord (5) présente. dans Sa partie supérieure, un logement axial (5c), ouvert vers le e haut et qui communiqur avec le fond (5b) du raccord (S) par un trou central (5d) ct dans le logement (5c) est engagée la partie inférieur du capteur piézométrique électrique (13) à membrane (14). 5.- Appareil suivant la revendication 4 caractérisé en ce que l'ensemble filtrant (6) est constitué par plusieure pierres poreuses annulaires (7). enfilées sur In queue (4) de l'embout (3) et logées dans l'espsce annu laize compris entre la face transversale annulaire supérieu- re de l'embout (3) et la face annulaire transversale infé- rieure du raccord (5). 6.- Appareil suivant la revendication 5 caractérisé en ce que les pierres poreuses annulaires (7) sont séparées entre elles et des faces transversales de l'embout (3) et du raccord (5) par des joints toriques (8) et la queue (4) de l'embout (3) est en butée contre le fond (5b) du trou taraudé (5R) par l'intermédiaire d'une entretoise (9) dont l'épnisseur est calculée pour assurer un écrasement optimal des joints foriques (8) placés entre les pierres poreuses (7). 7.- Appareil suivant l'une quelconque des revendica- tions 4 b 6 caractérise en ce que le sonde de mesure (1) comprend. eu-dessus du raccord intermédiaire (5), un corps cylindrique (16). de mm diamètre externe que le raccord (5) et dont la partie inférieure taraudée est vissée sur un filetage (5e) prévu sur la pnrtie supérieure du raccord (5) qui entoure le logement (5c). le corps (16) servent également de support. h se partie supérieure b un presse-étoupe (18), qui par serrage, adhére aux cables électriques (15) en assurant ainsi l'étanchéité du corps (16). B. - Appareil suivant la revendication 7 enractérisd en ce que le corps (16) est prolongé vers le haut par un manchon (19) qui est vissé sur la partie extrôme supérieure filetée du corps (16). et ce manchon (19) est fixé h l'extrémité inférieure d'une tige creuse (22) traversant axialement et verticalement l'obturateur (2) et reliée. h son extrémité supérieure, eu train de tiges. 9.- Appareil suivant la revendication Il caractérisé en ce que 1'obturateur (2) comporte une manchette gonflable (23) entourent le tige creuse (22). cette manchette (23) étant fixée. à son extrémité inférieure. h une pièce intermédiaire (24) assurant le liaison nvec la jupe métal- lique de protection (25) s'étendant tout le long de la sonde (1). on entourent étroitement le maachon (19). le corps (16), le raccord (5), l'ensemble filtrant (6) et Jn partie supérieure de l'embout (3), comme il est représenté sur les figures (1) et (2).