Brevet FR2670582A1 — publié le 19920619

La présente invention est relative à un système de reconnaissance des sols et de mesure de leurs caractéristiques. Les deux principaux systèmes de reconnaissance des sols existants sont la reconnaissance par pressiomètrie et la reconnaissance par pénétromètrie en particulier la pénétromètrie dynamique. Le principe de la pénétromètrie dynamique est de déterminer l'énergie cinétique nécessaire pour enfoncer une sonde d'une certaine hauteur, l'énergie cinétique étant en général créée par la chute calibrée d'une masse donnée. Les sondages effectués avec ce système prennent beaucoup de temps et en notre ère de coût de main d'oeuvre élevée, ils sont onéreux. Par ailleurs, la plupart de ces systèmes n'intègrent pas un relevé automatique écrit des caractéristiques des sols, ce qui confererait une plus grande crédibilité aux reconnaissances effectuées. Le système de pénétromètrie dynamique pyrotechnique objet de l'innovation permet de répondre, en particulier à ces demandes majeures : rapidité d'exécution, diminution des coûts et crédibilité de la mesure. Le système objet du présent brevet détermine les caractéristiques du sol par l'enfoncement détecté et mesuré en continu, d'une tige sonde étalon dans le sol. Cet enfoncement est réalisé par l'utilisation de la pression créée par un générateur de gaz pyrotechnique. L'originalité de la conception du système, objet du présent brevet, ressortira de sa description, de la justification des techniques utilisées et de son diagramme de fonctionnement. Les particularités importantes du système proposé par l'invention sont les suivantes: - On utilise la pression créée par un générateur de gaz pyrotechnique dans un tube d'éjection pour enfoncer une tige sonde étalon dans le sol. - On détecte en continu le déplacement de la tige dans le tube d'éjection, en particulier par le passage d'un aimant lié à la tige dans des solénoïdes placés le long du tube d'éjection. - On calcule en continu, à l'aide d'un circuit électronique pré-programmé, la résultante accéléromètrique de ce déplacement qui est la résultante de l'accélération créée par la pression de gaz sur la tige et de l'accélération créée par la résistance du sol sur cette même tige. - On utilise dans le cas d'un système léger et portatif, l'équilibrage des quantités de mouvements par une masse reculante verticale dont une partie sert préférentiellement de chambre de détente des gaz et de guide de la tige étalon. La description qui va suivre est purement illustratrice et non limitative, cela doit être lu en regard des dessins annexes: - La figure 1 : représente l'expression la plus simple du système objet de l'invention. - La figure 2 : représente un système plus spécialement adapté à des sondages de faible profondeur. - Les figure 3 et 4: représentent un système plus spécialement adapté à des sondages de plus grande profondeur. Le système de base est schématisé par la figure I La tige sonde étalon (1) est fixée sur un piston (2) dans lequel on place un aimant (3). La masse reculante (4) équilibre la quantité de mouvement qui sera transmise à la tige étalon (I) et à son piston (2). Elle est équipée d'un générateur de gaz (5). L'absorption de l'énergie de recul est assurée par la gravité. Sans sortir du cadre de l'invention, on peut utiliser un autre moyen pour équilibrer les efforts de recul, tels que absorbeurs d'énergie, masse du porteur ou du système. L'ensemble tige, piston et masse reculante, générateur est placé dans un tube de recul (7) fabriqué en matériaux amagnétiques. Le tube de recul (7) est équipé de solénoïdes (6) préférentiellement placés concentriques au tube de lancement. Ces solénoïdes (6) sont reliés au boîtier électronique et informatique de traitement des informations (9). Après allumage, le générateur de gaz débite dans la chambre de détente (8) située entre le piston (2) et sa masse reculante(4), la pression ainsi générée, met en vitesse la tige étalon(1). Au fur et à mesure de l'éjection de la tige, le passage de l'aimant (3) dans les différents solénoïdes (6) génère des signaux électriques, dont on calcule les intervalles d'apparitions. Ceci permet de calculer la vitesse puis l'accélération de la tige étalon. La loi de pression P(t) délivrée par un générateur de gaz donné dans la chambre de détente est connue : soit précisément du fait d'une mesure, soit avec une bonne approximation (2 à 3%) du fait de la reproductibilité des performances du générateur de gaz utilisé. La force de décélération due à la résistance du sol à l'enfoncement de la tige étalon est donc connue: R(t) = S.P.(t) - m G(t) Les calculs sont effectués soit avec un circuit logique adapté, soit avec un calculateur existant pré-programmé. Sans sortir du cadre de l'invention, on pourra utiliser d'autres systèmes de détection du passage de ce type, tels que des contacteurs électromécaniques ou des cellules photo-électriques. De même, sans sortir du cadre de l'invention, on peut remplacer les détecteurs de passage et une partie du circuit de traitement des informations par un accéléromètre. Selon le type de mesure à effectuer, la tige étalon peut être ou non équipée d'une pointe débordante (10). Le système objet de la présente invention dans sa version portable et opérationnelle pour des sondages de faibles profondeurs est schématisé par la figure 2. La tige sonde étalon (I) est fixée sur un piston (2) dans lequel on place un aimant. La masse reculante (4) équilibre la quantité de mouvements qui sera transmise à la tige étalon et à son piston. Elle est préférentiellement constitué d'un tube en matériaux amagnétiques par exemple tube cylindrique fermé à son extrémité supérieure, la masse reculante sert ainsi de tube d'éjection. Avant l'enfoncement, la tige étalon équipée du piston est maintenue dans la masse reculante préférentiellement à l'aide d'un clip déformable (15) mais sans sortir de l'invention, on peut utiliser un autre système de fixation tel que ressort à bille, ressort à lame... La masse reculante (4) coulisse dans un tube de recul (7) en matériaux amagnétiques préférentiellement en composite fibre de verre à matrice thermodurcissable ou thermoplastique. Au niveau de son contact avec le sol, le tube de guidage est préférentiellement doté d'un talon d'appui (17) équipé d'un amortisseur (16) de retombée de la masse reculante. Les solénoïdes (6) de détection de passage de l'aimant sont situés préférentiellement autour du tube de guidage et relié au boîtier électronique de traitement (9). Le système peut être autonome et être simplement équipé d'un trépied (22) repliable et réglable. Ce trépied peut préférentiellement être constitué d'une bague d'assemblage (18) des trois pieds (19) de longueur réglable grâce par exemple à un coulisseau verrouillable(20) et prenant appui sur le sol à l'aide de patins (21) qui peuvent être troués pour éventuellement fixer le système au sol. La masse reculante est préférentiellement surmontée du support de la culasse (14) du générateur de gaz et de son système de sécurité d'initiation (13). L'initiation du générateur de gaz est préférentiellement à percussion mais sans sortir du cadre de l'invention, on pourra utiliser une initiation électrique ou par faisceau laser. Le corps du générateur de gaz est préférentiellement en matériaux thermoplastique, thermodurcissable, élastomère, carton ou composite et sa structure est préférentiellemnt conçue pour s'ouvrir à basse pression hors de son logement d'utilisation et ce pour des raisons de sécurité en cas d'éventuel allumage accidentel ou d'incendie. Pour faciliter le chargement et assurer la sécurité, le générateur de gaz (5) est préférentiellement placé dans un logement (12) situé dans une culasse mobile (11). L'introduction de cette culasse mobile (11) dans son support (14) permet de placer le générateur de gaz en position fonctionnement face au canal d'entrée à la chambre de détente (8) et d'armer le système de sécurité d'initiation (13). Sans sortir du cadre de l'invention, on peut adapter d'autre construction de la fonction "piston - éjection". La figure 3 présente une variante spécialement adaptée au sondage profond effectué à l'aide d'une seule tige étalon ou de plusieurs tiges assemblées au fur et à mesure de l'exécution du sondage. La fonction poussée éjection et la fonction guidage de la tige étalon ne sont pas assurées par un piston mais d'une part par l'extrémité fermée de la tige étalon creuse (1) portant la pointe débordante (10) ou non débordante, et d'autre part par un tube axial le long duquel coulisse la tige étalon. La tige sonde étalon (1) est équipée d'un talon (25) qui permet de limiter son enfoncement dans le sol, en cas excès d'énergie par rapport à l'énergie absorbée par l'enfoncement dans le sol. Les aimants (3) sont situés dans ce talon (25). Dans ce cas, les solénoïdes ne sont pas concentrique au tube mais situé Ie long du tube et les aimants placés dans un plan perpendiculaire au mouvement de la tige. La tige sonde étalon coulisse autour d'un tube guide (27) qui est lié, préférentiellement à l'aide d'un mandrin (26), à la masse reculante (4), celle-ci fait aussi tube de guidage de recul, et est équipée de la chambre de détente (8) et de la culasse du générateur de gaz(5). Sans sortir du cadre de l'invention, la tige sonde (1) peut être intérieure au tube guide (27). Le tube de recul (7) comporte un alésage (29) dans sa partie supérieure. La chambre de détente comporte un ou plusieurs orifices (28) équipés ou non de clapet ou de membrane de cisaillement. En effet en cas de blocage de la tige sonde étalon dans le sol, il faut évacuer les gaz de la chambre de détente pour limiter la remontée de la masse reculante. On effectuera cette évacuation préférentiellement à l'aide de cet alésage (29) et de ces orifices (28). I1 sont placés de telle façon qu'il ne dégradent que faiblement les performances du générateur de gaz. Le tube de recul (7) et la partie tubulaire de la masse reculante présente une ouverture (30) (Fig.4) pour permettre le chargement de la tige étalon (I) équipée de son tube de guidage (27). Cette ouverture est obturée lors de son fonctionnement soit par un portillon (30) soit par rotation de la masse reculante dans le tube de guidage. Dans le cas de la présence d'un portillon, Le chargement de la tige sonde étalon se fait en ouvrant le portillon (30) de la masse reculante. Ce portillon est équipé d'un système de verrouillage (31) qui, pour des raisons de sécurité est lié préférentiellement au dispositif de sécurité de mise à feu (15). En cas d'enfoncement partiel ou difficile de la tige étalon, on peut aisément, soit la retirer, soit compléter son enfoncement en utilisant un second générateur de gaz. Pour retirer la tige sonde étalon (I), il suffit d'ouvrir le mandrin (26); le tube guide (27) tombe au fond de la tige étalon, on peut alors dégager le système puis extraire la tige sonde, éventuellement, à l'aide d'un extracteur s'appuyant sur le talon (25). On peut aussi ajouter une seconde tige sonde allonge pour approfondir le sondage en la fixant à la place du talon après le démontage du tube guide. REVENDICATIONS I - Système de reconnaissance et de caractérisation des sols constitué d'un tige sonde (1) dont l'enfoncement est réalisé par l'utilisation de la pression crée par un générateur de gaz pyrotechnique (5) et dont le mouvement est détecté au cours de l'enfoncement pour en déduire la résistance du sol à l'enfoncement. 2 - Système selon la revendication I caractérisé en ce que le mouvement de la tige sonde (1) est détecté par le passage d'un aimant (3) lié à cette tige, dans les solénoïdes (6) placés le long du tube extérieur (7). 3 - Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mouvement de la tige sonde (1) est détecté par le passage de celle-ci devant des cellules photo-électrique ou des contacteurs électromécaniques. 4 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les coordonnées de mouvements de la tige sont introduites dans un calculateur (9), spécifique ou non, pré-programmé et initialisé des paramètres du système, pour obtenir directement des caractéristiques du sol et les rendre disponibles pour affichage ou impression. 5 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'équilibre de la quantité de mouvements transmise à la tige sonde est assuré par une masse reculante (4) située dans le tube de recul (7) et dont l'énergie cinétique est absorbée par l'utilisation de la force de la gravité. 6 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse reculante sert de tube de guidage à la tige sonde et de chambre de détente des gaz. 7 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse reculante comporte le logement du générateur de gaz pyrotechnique (5). 8 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse reculante présente au niveau de la chambre de détente (8) un ou plusieurs évents de sécurité (28) et le tube de recul présente un alésage (29) pour faciliter la sortie des gaz en cas de blocage prématuré de la tige sonde dans le sol lors de son enfoncement. 9 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par utilisation d'une tige sonde creuse (1) coulissant le long d'un tube guide amovible (27) bloqué dans la masse reculante (4) par un mandrin (26) ou un système de fixation rapide 10 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige sonde peut être en plusieurs tronçons assemblés par un emboitement-verrouillage au fur et à mesure de l'opération de sondage. 11 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps du générateur est en matériaux thermoplastique ou composite et s'ouvre à basse pression hors de son logement d'utilisation